——細數長征三號甲系列運載火箭歷史上的新技術應用
文章來(lai)源:中國(guo)航天科技集(ji)團有限公(gong)司(si) 發(fa)布時間:2020-05-08

日(ri)前,長征三號(hao)甲系(xi)列運載火(huo)(huo)箭在一次(ci)次(ci)技術跨越(yue)中實現了具有里程碑意義的“百次(ci)”發射,成為(wei)我國首(shou)個(ge)單一型號(hao)發射突破百次(ci)的火(huo)(huo)箭。
25年(nian),100次(ci)發(fa)射。翻開歷史畫卷,不難發(fa)現(xian),在一(yi)次(ci)次(ci)技(ji)術創新中(zhong),長三甲(jia)系列運載火(huo)箭(jian)開創了我國航(hang)天史上多個“首次(ci)”。這(zhe)些新技(ji)術不僅(jin)代表著當時(shi)國內的最(zui)高水平(ping),許多還達(da)到了世界(jie)一(yi)流技(ji)術水平(ping)。
我國首個實現系列化、通用化、組合化的火箭
長(chang)三(san)甲系(xi)列運(yun)載(zai)火箭(jian)技術起點非常(chang)高。按照“系(xi)列化(hua)(hua)(hua)、組(zu)合化(hua)(hua)(hua)、通用化(hua)(hua)(hua)”的(de)“三(san)化(hua)(hua)(hua)”設(she)計思(si)想,長(chang)三(san)甲、長(chang)三(san)乙、長(chang)三(san)丙作(zuo)為一組(zu)系(xi)列火箭(jian)進行模塊(kuai)化(hua)(hua)(hua)、組(zu)合化(hua)(hua)(hua)與整(zheng)體化(hua)(hua)(hua)優化(hua)(hua)(hua)設(she)計,確定了以長(chang)三(san)甲火箭(jian)為基本型的(de)發展模式。
“三化設計”的(de)(de)發(fa)展理念(nian)對長三甲及其(qi)發(fa)展型火(huo)(huo)箭(jian)的(de)(de)形成(cheng)和(he)大型火(huo)(huo)箭(jian)的(de)(de)發(fa)展規劃,起到(dao)了重(zhong)要的(de)(de)指導作用。長三甲系列運(yun)載(zai)火(huo)(huo)箭(jian)共同構成(cheng)了早期我國高軌道運(yun)載(zai)能(neng)力最大、適(shi)應(ying)性(xing)最強(qiang)的(de)(de)運(yun)載(zai)火(huo)(huo)箭(jian)系列,其(qi)運(yun)載(zai)能(neng)力可以覆蓋世界上(shang)絕(jue)大多數應(ying)用衛(wei)星,不僅顯著增強(qiang)了我國商業火(huo)(huo)箭(jian)在國際市場上(shang)的(de)(de)競爭能(neng)力,也為我國未(wei)來(lai)航天事業的(de)(de)發(fa)展創造了良好(hao)條件。
我國首個采用主從冗余控制系統的火箭
上世紀90年代(dai),長征三號甲(jia)火(huo)箭(jian)研制(zhi)成(cheng)功(gong)后,進入了工(gong)程應用階段。為進一步提(ti)高火(huo)箭(jian)可(ke)靠(kao)性,研制(zhi)人員經過8年多的(de)(de)艱苦努力,2006年平臺加激(ji)光慣(guan)組的(de)(de)主從(cong)冗余控制(zhi)系統在長三甲(jia)火(huo)箭(jian)上成(cheng)功(gong)應用飛行。
據了(le)解,控制(zhi)系(xi)統級冗余技(ji)術(shu)是一項國際(ji)先進的復雜技(ji)術(shu),大大提高了(le)火箭飛行可靠性(xing)。如今,長征系(xi)列運載火箭幾(ji)乎都開展了(le)冗余控制(zhi)系(xi)統的設計與應用(yong),為(wei)中國航天高密度(du)發射持續成功(gong)打下(xia)了(le)堅實基礎。
我國首個應用“雙激光慣組加衛星導航技術”的火箭
2013年12月(yue)2日(ri),長三乙火箭成(cheng)功將嫦娥三號月(yue)球探(tan)測(ce)器(qi)送(song)入(ru)太(tai)空(kong),入(ru)軌精(jing)度極高,正(zheng)中萬里之外的“靶(ba)心(xin)”。
“火(huo)箭需要將它直(zhi)接送入近地(di)點200公里(li)、遠地(di)點38萬公里(li)的地(di)月轉移軌道,這(zhe)(zhe)對入軌精度提出了(le)很高的要求。”航天科技集團(tuan)一院長三甲系列(lie)運載火(huo)箭總設計師姜(jiang)杰介(jie)紹:“如果把火(huo)箭發射(she)比(bi)做‘打靶’,這(zhe)(zhe)次任務必(bi)須打十環。”
姜杰帶領科(ke)研(yan)人員(yuan)首(shou)次(ci)采用了“雙(shuang)激光(guang)慣組(zu)加衛星導(dao)航修(xiu)正”的(de)復合制(zhi)導(dao)技術。她解(jie)釋(shi)道(dao)(dao):“就像給(gei)火(huo)箭安了兩只(zhi)‘眼睛’,一只(zhi)眼睛讓火(huo)箭按(an)照(zhao)設計(ji)好(hao)的(de)軌道(dao)(dao)飛(fei)行,另(ling)一只(zhi)眼睛精確計(ji)算最佳途徑,隨時修(xiu)正。”

我國首個采用低溫發動機不分解交付技術的火箭
火箭發動機(ji)(ji)校(xiao)準試(shi)車后不分解(jie)交付是氫(qing)氧(yang)發動機(ji)(ji)研制史上具有(you)里程(cheng)碑意義的一項技術。
長三(san)甲(jia)系列運載火箭三(san)級氫氧(yang)發(fa)動機(ji)校準(zhun)試車后不分(fen)(fen)解技術(shu)(shu)的(de)研(yan)究與應用(yong),突破了發(fa)動機(ji)整體真空干燥(zao)和(he)整體檢(jian)漏新技術(shu)(shu),并建立了適用(yong)于(yu)校準(zhun)試車后不分(fen)(fen)解交付的(de)一(yi)整套檢(jian)查方(fang)法和(he)驗收標準(zhun)。
實施校準(zhun)試車不分解交付(fu)后,火箭消除了(le)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)早期(qi)失效風險,保證了(le)結構可(ke)(ke)靠性(xing);消除了(le)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)校準(zhun)試車后分解再(zai)裝造成的性(xing)能(neng)再(zai)現性(xing)偏差(cha),提高了(le)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)可(ke)(ke)靠性(xing);縮短了(le)裝配周(zhou)期(qi),節省了(le)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)分解再(zai)裝費(fei)用(yong)。
我國首個實現“零窗口”發射的低溫火箭
2007年10月24日(ri),長三甲(jia)火箭(jian)將嫦娥一(yi)號送入(ru)太空,實現了中國(guo)首(shou)次月球(qiu)探(tan)測活(huo)動,同時首(shou)次實現了“零窗口”發射。
“零窗口”指的是在預先計算好的發(fa)射時間,分(fen)秒不差(cha)將火箭(jian)點(dian)火發(fa)射。據(ju)長三甲系列(lie)運載火箭(jian)總體主任設計師胡煒介紹,在這(zhe)個時刻發(fa)射,衛星能(neng)夠(gou)準(zhun)確(que)進入預定(ding)軌道,節省了(le)軌道修(xiu)正的推進劑消耗,從(cong)而(er)為后續工作留下更多動(dong)力。
胡煒說:“當時,我(wo)國低溫火箭還沒有準確(que)實施‘零窗口’發(fa)射(she)(she)的先例,各(ge)系統(tong)崗位人員(yuan)在(zai)星箭測試、氣象研判、燃料加注等各(ge)個環節,追求零失(shi)誤、零差錯(cuo)、零故(gu)障、零缺陷、零遺漏(lou),確(que)保(bao)發(fa)射(she)(she)萬無一失(shi)。”
當日18時05分04秒,我國首次(ci)探月任務(wu)完美實現“零窗口”發射,創造了航天發射史上(shang)的“中國奇跡”。
我國首個采用雙向風補償、起飛滾轉技術的火箭
我國西昌衛星發射中心(xin)的(de)高空(kong)風風向主要(yao)是西向,以往(wang)執行(xing)東射向任務只需進行(xing)單向風補償(調整俯仰程序角(jiao))即可(ke)滿足發射要(yao)求。
隨(sui)著我國北斗(dou)導航工程(cheng)的不斷推(tui)進,為適(shi)應北斗(dou)二號任務需(xu)求,長三甲系(xi)列運載火(huo)箭(jian)進行(xing)(xing)了(le)雙向風補(bu)償軌道設(she)計,制定了(le)4條(tiao)風補(bu)償程(cheng)序,射前根(gen)據高空風預報情(qing)況進行(xing)(xing)選(xuan)擇(ze)即可(ke),極大地提高了(le)火(huo)箭(jian)的發射適(shi)應能(neng)力。
我國首個采用天基測量和5兆碼速傳輸技術的火箭
2014年10月24日,長三丙改二型火(huo)箭迎(ying)來首飛,圓滿完成了探月工程(cheng)三期再入返回飛行試驗器發射任務。
據專家介紹,這(zhe)次(ci)任務首次(ci)實現(xian)了(le)我國(guo)現(xian)役運載火箭(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)量(liang)技(ji)術(shu)的升(sheng)級換代。長(chang)三丙改二型(xing)火箭(jian)(jian)(jian)采用了(le)天(tian)基測(ce)(ce)(ce)量(liang)技(ji)術(shu),即通過(guo)天(tian)基中繼星向地面技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)傳輸火箭(jian)(jian)(jian)飛(fei)行過(guo)程(cheng)的實時遙測(ce)(ce)(ce)數(shu)據,對飛(fei)行中的火箭(jian)(jian)(jian)進(jin)行全(quan)程(cheng)實時測(ce)(ce)(ce)控。同時,最新的高碼(ma)速(su)傳輸技(ji)術(shu)可增加測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)、提高數(shu)據傳輸速(su)度、增大數(shu)據傳輸量(liang),與(yu)天(tian)基測(ce)(ce)(ce)量(liang)技(ji)術(shu)一起(qi),保證地面技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)即時掌握火箭(jian)(jian)(jian)的飛(fei)行動態,進(jin)一步降低測(ce)(ce)(ce)控盲區。
這次發射,火箭首(shou)次采用了5兆碼速(su)率的傳輸技術,可(ke)以測量(liang)更(geng)(geng)多的環境(jing)參數(shu),如振動、沖擊等高頻參數(shu),對觀察火箭飛行的狀態、掌握(wo)火箭飛行環境(jing)提(ti)供了更(geng)(geng)多依據(ju)。
測量(liang)技術的升級換代推動(dong)了我國(guo)無線遙測傳(chuan)輸技術的發展,將我國(guo)現役(yi)運載火箭(jian)測量(liang)技術帶入了高碼速時(shi)代,為我國(guo)新一(yi)代運載火箭(jian)數據獲取(qu)與傳(chuan)輸技術創新奠定了基礎。
我國首個開展組批生產、首次實現兩枚火箭發射場并行測試工作的火箭
隨著(zhu)中國探月工(gong)程(cheng)和(he)北斗導航工(gong)程(cheng)的立(li)項研(yan)制,長(chang)三甲系(xi)(xi)列(lie)火箭迎來了更大挑(tiao)戰。為應對(dui)高密(mi)度發射任務(wu),長(chang)三甲系(xi)(xi)列(lie)火箭應用了一些創新模式和(he)有(you)效方法。
長(chang)三甲系列(lie)運載火箭(jian)研(yan)(yan)制(zhi)團(tuan)隊通(tong)過(guo)壓縮發射(she)(she)隊伍(wu)規模,優化發射(she)(she)場測試發射(she)(she)流程,開展(zhan)“去(qu)任務化”設計,實(shi)施遠程快速協同(tong)設計,交叉并行作業等(deng),確保了(le)一(yi)支隊伍(wu)能夠(gou)同(tong)時(shi)承擔兩枚火箭(jian)發射(she)(she)任務,使火箭(jian)研(yan)(yan)制(zhi)生產(chan)能力從一(yi)年2-3枚提高到8-10枚;發射(she)(she)周期從60天減少到21天,發射(she)(she)隊伍(wu)從300人降(jiang)到150人左右(you),為(wei)高密度發射(she)(she)任務的圓滿完成和運載火箭(jian)管理(li)技術的創新發展(zhan)奠定了(le)堅實(shi)基(ji)礎。
【責任編輯:王鈺】
