長七火箭再出征 護(hù)衛(wèi)“天舟”送“快遞”

亓俊卿 陳亞偉 錢航

2023年5月10日21時(shí)22分，我國長征七號(hào)遙七運(yùn)載火箭（以下簡稱“長七火箭”）托舉天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船，在海南文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空，順利將天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船送入預(yù)定軌道。入軌后，天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船順利完成狀態(tài)設(shè)置，于5月11日5時(shí)16分成功對接于天宮空間站天和核心艙后向端口。交會(huì)對接完成后，天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船轉(zhuǎn)入組合體飛行段。神舟十五號(hào)航天員乘組進(jìn)入天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船，按計(jì)劃開展貨物轉(zhuǎn)運(yùn)等相關(guān)工作。

2021年9月20日15時(shí)許，在海南文昌航天發(fā)射場，搭載著天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船的長征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空

七射利箭，建功蒼穹

此次任務(wù)既是2023 年載人航天任務(wù)的首戰(zhàn)，也是載人航天工程進(jìn)入空間站應(yīng)用與發(fā)展階段的首戰(zhàn)，對于全年空間站任務(wù)的順利實(shí)施至關(guān)重要。長七火箭在首飛7 周年之際，用7 次圓滿成功交上了一份高質(zhì)量答卷。

2023 年，長征七號(hào)、長征二號(hào)F 運(yùn)載火箭將先后執(zhí)行3 次發(fā)射任務(wù)。作為我國第一型新一代高可靠、高安全的中型運(yùn)載火箭，長七火箭入軌精度是現(xiàn)役運(yùn)載火箭中最高的，偏差不超過4 秒，在發(fā)射天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船的任務(wù)中創(chuàng)造了世界最快“太空快遞”“簽收”紀(jì)錄。

作為我國第一型“數(shù)字火箭”，長七火箭采用全數(shù)字化手段研制。此外，長七火箭采取了超嚴(yán)的防風(fēng)、防水、防鹽霧等措施，能夠抵抗8 級大風(fēng)，可在中雨條件下發(fā)射。

在取得連續(xù)成功的同時(shí)，長七火箭研制隊(duì)伍也在持續(xù)優(yōu)化火箭設(shè)計(jì)和發(fā)射場測發(fā)流程，對火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行了可靠性提升改進(jìn)，進(jìn)一步消除薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化了地面測控軟件，并進(jìn)行了單機(jī)、系統(tǒng)和全箭驗(yàn)證，測發(fā)流程可靠性得到進(jìn)一步提升。

目前，長七火箭主要承擔(dān)“天舟”貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)，是搭建“天地運(yùn)輸走廊”的“貨運(yùn)專列”，以每年1～2 次的發(fā)射頻率為我國空間站正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供物資保障。后續(xù)，長七火箭在滿足空間站貨運(yùn)任務(wù)的同時(shí)，還將憑借連戰(zhàn)連捷的優(yōu)異成績，搭載遠(yuǎn)征上面級，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道9.5 噸的運(yùn)載能力，積極拓展中低軌衛(wèi)星發(fā)射市場。

自我加壓，跑贏時(shí)間

38 天——31 天——27 天——25 天！這是長七火箭自第一發(fā)任務(wù)以來，發(fā)射場工作流程所需時(shí)間的變化。

在外行人看來，減少了13 天可能不足為奇。但為了這13 天，長七型號(hào)隊(duì)伍用了7 年。心有夢而不畏路遠(yuǎn)。在這條與時(shí)間賽跑的賽道上，長七型號(hào)隊(duì)伍爭分奪秒。目標(biāo)是如何一步步實(shí)現(xiàn)的？一組數(shù)據(jù)可以給出答案：

通過對項(xiàng)目的調(diào)整、嚴(yán)密而靈活的組織，火箭箭體狀態(tài)恢復(fù)、產(chǎn)品交接、關(guān)鍵單機(jī)等工作的準(zhǔn)備時(shí)間，從首飛時(shí)的5 天壓縮到了1 天。

通過優(yōu)化測試項(xiàng)目，火箭吊裝完成后進(jìn)行的測量、控制、動(dòng)力等分系統(tǒng)測試，由首飛的9 天縮減到了5 天。

在總檢查階段，從長七遙五火箭開始，減少一次總檢查，并進(jìn)一步優(yōu)化流程，縮減了1 天；在加注發(fā)射階段，液氧和煤油兩種推進(jìn)劑從串行加注變?yōu)椴⑿屑幼?，使得長七火箭進(jìn)入發(fā)射程序時(shí)間縮減4 個(gè)小時(shí)……

4 天、1 天、4 個(gè)小時(shí)……時(shí)間被一點(diǎn)點(diǎn)“壓縮”出來。現(xiàn)在，長七火箭的發(fā)射場工作流程已十分接近國際先進(jìn)水平。但這不是終點(diǎn)，還要一棒接著一棒跑，實(shí)現(xiàn)從追趕到并行再到領(lǐng)跑。

當(dāng)然，時(shí)間的壓縮絕非對流程、步驟的簡單取消，而是在吃透技術(shù)的基礎(chǔ)上對流程進(jìn)一步優(yōu)化。這不是一朝一夕的權(quán)宜之計(jì)，而是系統(tǒng)性、整體性的完善。正是7 年的優(yōu)化流程“接力賽”，最終使長七火箭發(fā)射跑贏了時(shí)間。

來時(shí)路，歷經(jīng)千辛萬苦；前方路，充滿期冀夢想。一程又一程，天高路遠(yuǎn)，闖關(guān)渡險(xiǎn)，終不改一往無前、馳騁蒼穹的雄心壯志。

智慧火箭，正在走來

發(fā)射成功率100%，這是7 年來長七火箭在一次次空間站任務(wù)中交出的亮眼的成績單。然而，這支“常勝”團(tuán)隊(duì)并沒有選擇躺在“功勞簿”上，而是朝著運(yùn)載火箭更為前沿的發(fā)展方向——智慧火箭邁開腳步。

隨著信息化、數(shù)字化、智能化時(shí)代的來臨，智慧火箭也吸引了航天界更多的目光。火箭以精準(zhǔn)入軌為終極目標(biāo)。如今，我們是通過提高火箭可靠性的方式來提高發(fā)射成功率，但火箭發(fā)射具有高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，往往那些看似不起眼的異常狀況就可能使任務(wù)失敗。智慧火箭能實(shí)現(xiàn)智能糾錯(cuò)，確保火箭安全入軌。這好比人們通過加強(qiáng)鍛煉來抵抗流感，不至于危及生命。同樣，未來，長七火箭在即使有一些“小毛病”的情況下，也能確保任務(wù)成功，提高發(fā)射成功率。

從完美到更完美，是突破，更是目標(biāo)?！扒Ю镏校加谧阆?。”長七型號(hào)隊(duì)伍圍繞智慧火箭領(lǐng)域正在開展故障診斷、任務(wù)重規(guī)劃等技術(shù)研究，目前原理樣機(jī)已經(jīng)研制完成，在后續(xù)的任務(wù)中將進(jìn)行飛行驗(yàn)證，推動(dòng)智慧火箭關(guān)鍵技術(shù)的工程應(yīng)用與落地。

新船首發(fā)，運(yùn)力提升

“天舟”貨運(yùn)飛船是世界上運(yùn)力最大的現(xiàn)役貨運(yùn)飛船，是我國空間站的“物資補(bǔ)給能手”。天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船整體長10.6 米，總重13.5 噸，經(jīng)過升級改造后，有效裝載容積擴(kuò)大了20%，載貨能力由原來的6.9 噸提升到了7.4 噸，運(yùn)載系數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.55。

隨著上行運(yùn)輸能力的提升，新批次“天舟”貨運(yùn)飛船的發(fā)射頻次由兩年4 發(fā)降低至兩年3發(fā)，提高了空間站工程綜合效益。隨著以天舟六號(hào)為代表的全密封型譜升級換代，天舟貨運(yùn)飛船全密封、半密封半開放、全開放3 個(gè)型譜結(jié)構(gòu)更為合理、分工更為明晰：全密封型譜滿足空間站常規(guī)任務(wù)和日常需求；半密封型譜突出大型艙外設(shè)備和試驗(yàn)載荷運(yùn)輸能力，主要執(zhí)行應(yīng)急維修任務(wù)；全開放型譜實(shí)現(xiàn)超大型試驗(yàn)載荷整體運(yùn)輸，支持空間站發(fā)展重大科學(xué)任務(wù)能力。

改進(jìn)后的貨運(yùn)飛船不但增強(qiáng)了常規(guī)貨物運(yùn)輸能力， 而且為特殊貨物和試驗(yàn)載荷運(yùn)送提供了諸多便利條件。以本次運(yùn)輸?shù)目臻g站電推進(jìn)氙氣瓶組件為例，這一組件重約160 千克，是目前貨運(yùn)飛船為我國空間站運(yùn)送的單件最重貨物。

此外，天舟六號(hào)采用相控陣中繼終端替代了定向中繼終端，制造周期大幅縮短，成本大幅降低；測控系統(tǒng)軟件和硬件全面升級，完全依靠北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航。

團(tuán)隊(duì)在飛船研制過程中積極落實(shí)“數(shù)字航天”戰(zhàn)略，開展全流程數(shù)字化設(shè)計(jì)生產(chǎn)和仿真試驗(yàn)工作，單艘飛船的研制周期縮短了6 個(gè)月。通過重新設(shè)計(jì)布局，天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船推進(jìn)艙內(nèi)貯箱減少了一半。設(shè)備的增減并非簡單挪移，而是體現(xiàn)了設(shè)計(jì)師“螺螄殼里做道場”的匠心巧思。

首訪“天宮”，貨物多樣

作為中國空間站應(yīng)用與發(fā)展階段首次飛行任務(wù)發(fā)射的航天器，在?？靠臻g站期間，天舟六號(hào)有4 項(xiàng)主要任務(wù)：實(shí)施物資補(bǔ)給、配合完成空間站組合體姿態(tài)和軌道控制、開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、下行廢棄物并受控隕落。

天舟六號(hào)此次運(yùn)送的物資主要包括服裝、食品、飲用水等。其中，新鮮水果約70 千克，約是天舟五號(hào)攜帶水果質(zhì)量的兩倍。這些水果將同時(shí)保障正在空間站中的神舟十五號(hào)乘組，以及將要進(jìn)入空間站的神舟十六號(hào)乘組的食用需要。天舟六號(hào)的貨物清單里還有一組電推進(jìn)氙氣瓶，它可以作為空間站燃料推進(jìn)劑的備份，為空間站日常維持軌道、調(diào)整姿態(tài)所用的電推進(jìn)器補(bǔ)充工質(zhì)，有效節(jié)省空間站推進(jìn)劑消耗。

國家太空實(shí)驗(yàn)室具有平臺(tái)規(guī)模大、能力可拓展、實(shí)驗(yàn)設(shè)施可升級、載荷可更換等優(yōu)勢，能夠?yàn)楹教灬t(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間科學(xué)研究與應(yīng)用、航天技術(shù)試驗(yàn)等多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)提供得天獨(dú)厚的條件。此次天舟六號(hào)攜帶的貨物中，就包含不少實(shí)驗(yàn)樣品。

空間應(yīng)用系統(tǒng)通過天舟六號(hào)上行實(shí)（試）驗(yàn)載荷、實(shí)驗(yàn)單元及樣品、共用支持類設(shè)備、實(shí)驗(yàn)耗材和備品備件等，共計(jì)98 件產(chǎn)品，總質(zhì)量約714 千克。天舟六號(hào)與空間站完成快速交會(huì)對接后，由航天員將上述產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)至空間站艙內(nèi)，按飛行任務(wù)規(guī)劃陸續(xù)開展空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、空間應(yīng)用新技術(shù)試驗(yàn)4 個(gè)領(lǐng)域共29 項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用試驗(yàn)。

空間孵化，實(shí)驗(yàn)支持

除了向太空實(shí)驗(yàn)室運(yùn)送物資，“天舟”本身也具備開展近地空間搭載試（實(shí)）驗(yàn)的能力。天舟系列貨運(yùn)飛船秉承“一次飛行，多方受益”的全局發(fā)展理念，作為空間“孵化器”和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持新技術(shù)、新科學(xué)、新應(yīng)用領(lǐng)域開拓。

本次任務(wù)中，天舟六號(hào)以開放姿態(tài)聯(lián)合國內(nèi)科研院所、大學(xué)，開展了超臨界流載荷、“連理衛(wèi)星”、新型激光雷達(dá)3 項(xiàng)在軌飛行試驗(yàn)。

其中，中科院力學(xué)所牽頭研制超臨界流載荷，建立微重力環(huán)狀熱毛細(xì)對流體系，開展空間熱對流失穩(wěn)多級演化等科學(xué)問題研究?！斑B理衛(wèi)星”由大連理工大學(xué)設(shè)計(jì)制造，為20 千克級亞米級高分辨率遙感衛(wèi)星。中電集團(tuán)的新型激光雷達(dá)采用組合化、小型化設(shè)計(jì)，作用距離更遠(yuǎn)，精度更高。

在軌飛行經(jīng)驗(yàn)豐富，是“天舟”團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢?？蒲性核?、高校的特點(diǎn)則是理念新穎、創(chuàng)新氛圍濃厚。雙方在合作中優(yōu)勢互補(bǔ)，聯(lián)合進(jìn)行在軌試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，既取得了良好的成效，又開闊了思路。

搭載飛行試驗(yàn)載荷、開展空間技術(shù)試驗(yàn)是“天舟”貨運(yùn)飛船的主要任務(wù)之一。每次飛行任務(wù)中，“天舟”都會(huì)搭載一些在軌試驗(yàn)項(xiàng)目載荷。從目前看來，工作很有成效，試驗(yàn)載荷的質(zhì)量和數(shù)量都在穩(wěn)步提升。

隨著中國航天科技的逐步提升和國家太空實(shí)驗(yàn)室的投入應(yīng)用，相信未來數(shù)年內(nèi)，我國將會(huì)成功地實(shí)現(xiàn)太空探索的新突破。

中國的進(jìn)步，也必將為人類的探索之路注入新的動(dòng)力，引領(lǐng)世界航天事業(yè)朝著更加輝煌的明天邁進(jìn)！

（責(zé)任編輯：陸艷 郝雅文）