運(yùn)載火箭：自主創(chuàng)新領(lǐng)先國(guó)際

周琳

1983年姜杰從國(guó)防科技大學(xué)畢業(yè)后，來到中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，投入到祖國(guó)航天事業(yè)當(dāng)中。一路走來，從普通設(shè)計(jì)員、科研帶頭人到型號(hào)總設(shè)計(jì)師，姜杰坦言，自己在長(zhǎng)三甲系列火箭上傾注了大量的心血。

四川大涼山深處，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭（CZ-3A）整裝待發(fā)。倒計(jì)時(shí)口令響起：“3、2、1、點(diǎn)火……”

每到這時(shí)，火箭的總設(shè)計(jì)師姜杰總會(huì)看看時(shí)間，零窗口發(fā)射，分秒不差。

萬里之外“命中靶心”

姜杰—中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭的總設(shè)計(jì)師，溫和而嫻靜，舉手投足間有一種難以言傳的親和力。她常說：“30年前，航天是我的理想；30年后的今天，航天是我的熱愛?！?/p>

1983年姜杰從國(guó)防科技大學(xué)畢業(yè)后，來到中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，投入到祖國(guó)航天事業(yè)當(dāng)中。一路走來，從普通設(shè)計(jì)員、科研帶頭人到型號(hào)總設(shè)計(jì)師，姜杰坦言，自己在長(zhǎng)三甲系列火箭上傾注了大量的心血。

運(yùn)載火箭是發(fā)射航天器的工具，組織實(shí)施載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室，都離不開運(yùn)載火箭的輸送。

長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭是由長(zhǎng)征三號(hào)甲、長(zhǎng)征三號(hào)乙、長(zhǎng)征三號(hào)丙三型火箭共同構(gòu)成的。該系列火箭目前包攬了中國(guó)所有高軌道航天器發(fā)射任務(wù)，主要用于執(zhí)行北斗導(dǎo)航工程、通信衛(wèi)星、國(guó)際商業(yè)衛(wèi)星等發(fā)射任務(wù)。長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭發(fā)射次數(shù)已占中國(guó)運(yùn)載火箭所有發(fā)射次數(shù)的近三分之一。 火箭的能力有多大，中國(guó)進(jìn)入太空的能力就有多強(qiáng)。 姜杰說：“火箭就像接力賽中的第一棒，必須跑好，才能讓衛(wèi)星發(fā)揮作用?！?/p>

還記得“嫦娥三號(hào)”月球探測(cè)器的奔月之旅好比坐“電梯”—一步到位，火箭需要將它直接送入近地點(diǎn)高度200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度38萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，這對(duì)入軌精度提出了很高的要求。

姜杰說：“如果把火箭發(fā)射比做‘打靶，以往的發(fā)射任務(wù)，允許我們打三環(huán)，但這次必須打十環(huán)。”

一次次挑戰(zhàn)，就是一次次創(chuàng)新和超越。姜杰帶領(lǐng)科研人員首次采用了“雙激光慣組加衛(wèi)星導(dǎo)航修正”的復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)?！熬拖窠o火箭安了兩只‘眼睛。一只眼睛讓火箭按照設(shè)計(jì)好的軌道飛行，另一只眼睛精確計(jì)算最佳途徑，隨時(shí)修正?！苯苷f。

2013年12月2日，長(zhǎng)三乙火箭托舉“嫦娥三號(hào)”奔向了遙遠(yuǎn)的月球。

參加工作至今，姜杰參加了長(zhǎng)三甲系列近30枚火箭的研制工作。

首次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)采用兩枚助推器的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱火箭的穩(wěn)定控制、攻克了長(zhǎng)三甲火箭控制統(tǒng)冗余關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)，在繞月探測(cè)工程中，圓滿完成了火箭飛行控制任務(wù)，精確地把首顆月球探測(cè)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道……隨著一次次重大的技術(shù)突破，昔日文靜的姜杰已成長(zhǎng)為獨(dú)當(dāng)一面的航天專家。

143天“九戰(zhàn)九捷”

低成本、強(qiáng)適應(yīng)性和高可靠性使長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭獲得“金牌火箭”的美譽(yù)。近年來，該系列火箭步入了高密度發(fā)射的“新常態(tài)”，創(chuàng)造了143天內(nèi)9戰(zhàn)9捷的高密度發(fā)射紀(jì)錄。

2016年，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭執(zhí)行了7次發(fā)射任務(wù)，是本年度發(fā)射次數(shù)最多的型號(hào)；2017年，長(zhǎng)三甲系列火箭預(yù)計(jì)還會(huì)發(fā)射10次左右，任務(wù)最密集時(shí)，平均15天就有一次發(fā)射任務(wù)。

火箭發(fā)射具有高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，又都依靠中國(guó)自主創(chuàng)新的新技術(shù)。對(duì)于如此高密度的發(fā)射計(jì)劃，任何質(zhì)量問題都會(huì)給發(fā)射成功帶來風(fēng)險(xiǎn)，必須把火箭研制和生產(chǎn)質(zhì)量放在首位。中國(guó)航天人已實(shí)施組批生產(chǎn)流程和質(zhì)量控制體系，在可靠性設(shè)計(jì)和管理的先進(jìn)技術(shù)上下功夫，在發(fā)射點(diǎn)火前力求做到“零缺陷”，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

常戰(zhàn)常勝，“穩(wěn)”是關(guān)鍵。作為成熟火箭，長(zhǎng)三甲系列火箭的技術(shù)狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，這對(duì)可靠性增長(zhǎng)、提高用戶信心大有裨益?！胺€(wěn)”還意味著火箭對(duì)技術(shù)狀態(tài)更改有較強(qiáng)的適應(yīng)性。近年來，無論是星箭接口的更新還是增加上面級(jí)等較大的改動(dòng)，長(zhǎng)三甲系列火箭總能以最快的速度適應(yīng)。而在國(guó)內(nèi)外商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)，能根據(jù)用戶需求迅速調(diào)整狀態(tài)的火箭往往是最搶手的?！?/p>

姜杰說：“長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭進(jìn)入高密度發(fā)射期主要源于中國(guó)通信、導(dǎo)航、遙感、氣象等衛(wèi)星系統(tǒng)飛速發(fā)展的需要，同時(shí)也有多次國(guó)際商業(yè)發(fā)射?！?/p>

以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為例，全球系統(tǒng)組網(wǎng)的30余顆衛(wèi)星將在2020年前完成發(fā)射。這不僅在中國(guó)航天史上，在國(guó)際上也將成為最大規(guī)模的星座之一；在星座構(gòu)型上，北斗系統(tǒng)具有獨(dú)特的三種優(yōu)化軌道，可以更有效地發(fā)揮導(dǎo)航系統(tǒng)功能。

姜杰解釋說，與主要覆蓋亞太地區(qū)的北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不同，全球系統(tǒng)組網(wǎng)的發(fā)射密度要求更高，有利于保證星座整體工作壽命；同時(shí)，火箭還要將衛(wèi)星直接送入工作軌道，與以往發(fā)射轉(zhuǎn)移軌道相比，每顆衛(wèi)星可以節(jié)省數(shù)天的變軌時(shí)間，還可以省去衛(wèi)星的變軌發(fā)動(dòng)機(jī)。

據(jù)悉，作為中國(guó)發(fā)射高軌道衛(wèi)星的主力火箭，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭經(jīng)歷幾次高密度發(fā)射期，其中2010年至2012年共完成了26次發(fā)射，成功率達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。近年來，北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)發(fā)射完成，實(shí)現(xiàn)了14星、多軌道的星座發(fā)射。嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)等也已被成功送入太空，實(shí)現(xiàn)了探月工程火箭直接地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射和再入返回飛行試驗(yàn)器發(fā)射，為中國(guó)未來的大規(guī)模星座組網(wǎng)和深空探測(cè)提供了較好的基礎(chǔ)。

從航天大國(guó)到航天強(qiáng)國(guó)

姜杰說：“縱觀長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭的研制發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了能力形成、提升和拓展三個(gè)階段?！?/p>

在能力形成階段，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭可以將高軌衛(wèi)星送到地球同步轉(zhuǎn)移軌道，由衛(wèi)星經(jīng)過多次變軌進(jìn)入地球同步軌道。這個(gè)時(shí)期可被視為長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭的“1.0時(shí)代”。

隨著火箭能力提升，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭進(jìn)入“2.0時(shí)代”—不僅可以發(fā)射同步軌道衛(wèi)星，還可以將衛(wèi)星發(fā)射進(jìn)入不同的中高軌，在探月工程中掌握了直接地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)，在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)中能夠發(fā)射中圓軌道衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星。

如今，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭進(jìn)入能力拓展階段—長(zhǎng)征三號(hào)丙/遠(yuǎn)征一號(hào)運(yùn)載火箭由原來的三級(jí)火箭升級(jí)為四級(jí)火箭，我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)上面級(jí)直接入軌技術(shù)發(fā)射中高軌衛(wèi)星，極大地增強(qiáng)了火箭對(duì)發(fā)射任務(wù)的適應(yīng)性，提升了航天器快速進(jìn)入空間的能力。而這也標(biāo)志著長(zhǎng)征三號(hào)甲“家族”正式迎來了其發(fā)展的“3.0時(shí)代”。

2016年是航天事業(yè)創(chuàng)建60周年。這一年，中國(guó)長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭實(shí)施22次發(fā)射，將近40個(gè)航天器成功送入太空，全年發(fā)射次數(shù)首次突破20次，創(chuàng)造了中國(guó)航天歷史上年發(fā)射量最高紀(jì)錄。

同樣也是在這一年，中國(guó)首個(gè)濱海發(fā)射基地文昌航天發(fā)射場(chǎng)首次執(zhí)行航天發(fā)射任務(wù)；長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭成功首飛，堪稱中國(guó)運(yùn)載火箭升級(jí)換代的里程碑工程事件，其可與美俄等航天強(qiáng)國(guó)運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭相媲美。中國(guó)正從航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)。

“十三五”期間，長(zhǎng)征火箭高密度發(fā)射將進(jìn)入常態(tài)，預(yù)計(jì)共有100余次發(fā)射任務(wù)。到2020年，長(zhǎng)三甲系列火箭每年要完成8至10次發(fā)射。

“火箭發(fā)射是一個(gè)大的系統(tǒng)工程，需要各方面的良好配合，要將目光放在整個(gè)系統(tǒng)上，這對(duì)我解決問題的能力是一個(gè)很大的考驗(yàn)?！苯苷f：“應(yīng)戰(zhàn)新一輪高密度發(fā)射，我們充滿信心！”