長三甲系列火箭第100次發射取得圓滿成功

  • 來源:新浪科技
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  • 日期:2019-04-23
       20日22時41分,長征三號乙遙三十運載火箭在西昌衛星發射中心將北斗三號IGSO衛星成功送入預定軌道。
  這次發射創造了中國航天史上又一項紀錄:長三乙和“哥哥”長征三號甲(簡稱“長三甲”)、“弟弟”長征三號丙(簡稱“長三丙”)組成的長征三號甲系列火箭共完成100次發射,成為我國第一個發射任務次數過百的單一系列火箭。
  這是一次里程碑式的發射,也是長三甲系列火箭以及中國航天人新的起點。
  長征嬌子創新擔大任
  就在一個月零10天前,長三乙這枚“勞模”火箭完成了中國航天史上第300次發射,而今它又成為國內外關注的焦點。
  發射成功后,中國航天科技集團一院長三甲系列火箭首任總設計師兼總指揮、中國工程院院士龍樂豪感慨萬千,他用“長征嬌子創新擔大任”總結了長三甲系列火箭過去25年的發展歷程。“在長征系列火箭中,不論是從設計之初的頂層規劃及總體技術方案的前瞻性、全局性、適應性,還是從技術先進性,以及所承擔任務的重要性方面來說,長三甲系列火箭都是當之無愧的佼佼者,說它是‘嬌子’并不為過。”龍樂豪說。
  長三甲系列火箭設計方案始終貫徹了“系列化、組合化、通用化”的“三化”設計思想,長三甲、長三乙、長三丙作為一組系列火箭進行??榛?、組合化與整體化優化設計,確定了以長三甲火箭為基本型的發展模式。隨著技術的不斷進步并適應不同用戶需要,長征三號甲系列運載火箭構型從3種衍生至11種,大部分產品技術狀態基本穩定可實現批量化生產,產品的成熟度也在不斷提升,目前絕大部分配套產品成熟度達到5級,部分產品成熟度達到6級。
  長三甲火箭是在長征三號火箭的基礎上采用重新設計第三級形成的大型三級低溫液體火箭,全長52.52米,一、二子級直徑3.35米,三子級直徑3.0米,GTO的運載能力達到2.6噸;在長三甲火箭的芯一級捆綁四個2.25米的助推器就派生出了長三乙火箭,它全長54.838米,GTO軌道運載能力可達到5.2噸,運載能力當時位居世界第二位;在長三甲火箭的基礎上捆綁兩個2.25米助推器,又組合成長三丙火箭,GTO軌道運載能力可達到3.8噸。
  “三化設計”的發展理念對長三甲及其發展型火箭的形成和大型火箭的發展規劃起到了重要的指導作用。長三甲系列火箭共同構成了我國高軌道運載能力最大、適應性最強的運載火箭系列,其運載能力可以覆蓋世界絕大多數應用衛星的質量,不僅顯著地增強了我國商業火箭在國際衛星發射服務市場上的競爭能力,也為我國未來航天事業的發展創造了良好條件。
為了高密度設計、生產和發射的現狀,長三甲系列火箭研制團隊確立了以發射計劃為主線,技術、進度、質量全面支撐的整體框架。長三甲系列火箭研制生產能力從一年2∼3枚提高到8∼10枚,發射周期從60天減到21天,每次執行發射任務的隊伍從300人降到150人。
  長三甲系列火箭是國內首次開展組批生產和使用雙工位交叉并行綜合試驗、總裝和出廠測試的運載火箭,也是首次實現一支隊伍在發射場同時開展兩枚火箭測試發射工作的運載火箭。通過壓縮發射隊伍規模,優化發射場測試發射流程,實施遠程快速協同設計,交叉并行作業,規范發射場管理程序,利用網絡資源,提高整個型號隊伍的工作效率等,確保了一支隊伍同時承擔兩枚發射任務的工作有序開展。
  關鍵技術先進可靠
  20多年的60次發射,長征三號甲系列運載火箭無論從技術、管理、研制生產能力和各項保障上都發生了巨大的變化,創造了許多首次,不斷地刷新自身的紀錄。
  為使系列火箭的總體技術性能達到國際一流水平,設計人員在繼承成熟技術的同時,在設計中采用了60%-70%的新技術。其中重要的共108項,重要技術創新項目22項,重大關鍵技術項目四項,即:YF-75氫氧發動機,是重新設計用于三級的氫氧發動機,在研制過程中遇到氫氧渦輪泵端面密封、螺旋管束式大噴管成型工藝多項技術難題。經過艱苦扎實的工作,設計人員攻克了一道道技術與工藝難題,發動機的結構可靠性首飛時已經達到0.97。動調陀螺四軸平臺的研制成功,是我國將近20年來在火箭慣性器件方面的一大重大突破,是具有里程碑性質的成就。冷氦加溫增壓技術不僅在國內是首創的高難技術,即使在國際上也是屬于僅被美、日等個別工業發達國家所掌握的新、難技術。低溫氫氣能源雙向搖擺伺服機構,采用低溫氫氣氣動機作為伺服機構的一次能源這一技術在國內是首創,在國外也未見到先例。
  隨著中國探月工程和北斗導航工程的立項研制,長征三號甲系列運載火箭迎來了更大的挑戰。探月工程發射任務實現了火箭“零窗口”發射技術、“多窗口”發射技術、地月轉移軌道發射技術等突破,拓展了長征火箭發射能力,為后續深空探測打下了堅實基礎。在發射北斗衛星過程中,突破了以MEO中圓轉移軌道設計、起飛滾轉、高空風雙向風補償、遠距離測發控為代表的多項關鍵技術,為工程建設作出了突出貢獻。
  長征三號丙火箭是中國獨一無二的非全對稱火箭,2008年4月25日,長征三號丙火箭首飛成功,標志著中國突破了非全對稱火箭設計技術,使得中國高軌任務運載能力分布更加合理,實現了長征三號甲系列運載火箭真正的系列化、組合化。
  長三甲系列火箭運載入軌精度高、適應能力強,其發射衛星的入軌精度達到世界一流水平?;鵂梢砸患バ且部梢砸患嘈欠⑸?,既可以用于標準地球同步轉移軌道發射,也可以用于超同步轉移軌道或低傾角同步轉移軌道發射,以及深空探測器發射,可以滿足衛星用戶多種不同使用要求。
  龍樂豪介紹,從推進技術來說,長征三號甲系列火箭的三子級采取液氫/液氧推進劑,做到了環保無污染,技術難度極大,因此它站在世界火箭第一梯隊。正是因為采用了高效的液氫液氧推進劑,長三甲系列火箭三子級的比推力也是世界一流的。所謂比推力,就是火箭在單位時間內消耗單位推進劑,所產生的推力。龍樂豪說:“常規的四氧化二但/偏而家肼推進劑,比推力最高不到280秒,液氧/煤油推進劑的比推力也就在300至310之間,而液氧/液氧推進劑最高能達到440秒,高下立見。”衡量一型火箭是否先進,還有一個關鍵的指標:有效載荷系數。通俗地說就是,火箭運送衛星的重量除以它的起飛重量,得出的系數。龍樂豪形象地打了個比方:“就像2個舉重運動員,舉的重量是一樣的,他倆誰的體重更輕,誰就贏了?;鵂彩且謊牡覽?,同樣的起飛重量,發射的衛星越大,有效載荷系數越大,火箭就越先進。當時長三甲的有效載荷系數是世界上是第三位。”
  這些技術水平為國內最高、世界一流,使長三甲系列運載火箭成為集高新技術于一體的品牌和主推產品。
  “三兄弟”合力闖市場
  長三甲火箭立項之初的目標是實施我國第二代衛星通訊工程,然而,以龍樂豪為代表的第一代研制人員卻把目光瞄向了更大的市場,他們計劃在國際發射服務市場上大干一場。
  “國家1985年就提出,要把長征火箭投入到國際市場,也給我們指明了方向,所以長三甲研制出來后,我們不僅要面向國內,還要面向國外。”龍樂豪說。
  龍樂豪回憶,長三甲火箭目標運載能力是2.5噸,與國際發射服務市場還有較大的差距,于是他和伙伴們想到了一個好的技術途徑:上改下捆,先改后捆。先研制一個基礎型號——長三甲,然后再通過捆綁不同數量的助推器,使火箭在地球同步軌道的運載能力從2.5噸延伸到5.5噸,形成一個布局合理的火箭“小家族”, 截至目前,長三甲系列火箭家族滿足了國際上大多數衛星的需求。其運載能力在當時與美國、歐空局的火箭旗鼓相當。
  龍樂豪說:“這‘三兄弟’中,‘大哥’長三甲體力最小,‘二哥’長三乙力氣最大,‘三弟’長三丙次之,你想打什么樣的衛星,都沒問題。”
  長征三號甲系列火箭是長征系列運載火箭高強密度發射的“主力”,也是我國目前高軌道上發射次數最多、成功率最高的火箭系列。截至目前,北斗工程從一期到三期,探月工程從嫦娥一號到嫦娥四號全部由長三甲系列火箭實施發射,共將43顆北斗導航衛星、4顆嫦娥探測器成功送入預定軌道。
  截至2018年12月,長三甲系列火箭已先后承擔了20多次國際商業發射任務,為多個國家和地區發射了衛星,全部取得了圓滿成功,其創造的效益占到了院全部國際商業發射任務收入的50%以上。其中,鑫諾一號衛星的發射服務項目使長三甲系列火箭打開了歐洲市場,首次與法國合作發射通信衛星,實現了與歐洲一流國際公司的接軌。在尼日利亞衛星項目中,首次實現了整星出口,首次以在軌交付方式為國際用戶提供宇航系統集成的一攬子服務,特別是“老撾一號”星發射任務,型號隊伍探索了一條從航天制造、發射、地面到系統應用的全產業鏈的“一站式”服務之路。
       時代在進步,技術在發展,未來隨著火箭更新換代,長三甲系列也終將退出歷史舞臺,衍生出新的型號。龍總堅定地說:“青出于藍而勝于藍,相信它的后續型號一定能夠繼承發揚長三甲系列的優良基因、充分汲取新一代火箭的新成果,從中國的‘金牌’創新發展成世界‘金牌’,在未來人類飛離地球、移民宇宙的偉大征程中承擔主導作用。