“神箭”的前世、今生与未来

2021年06月17日 11:46 次阅读 稿源:中国航天报 条评论

1961年4月11日上午,苏联拜科努尔航天中心,“东方-1”号飞船搭乘“东方-K”火箭发射升空。航天员加加林环绕地球一圈,飞行108分钟,成为人类进入太空第一人。60年之后的2021年6月17日,中国酒泉卫星发射中心,长征二号F运载火箭托举神舟十二号载人飞船升入太空,约6.5小时后,飞船将与中国空间站天和核心舱完成交会对接,聂海胜、刘伯明、汤洪波等3人进入中国空间站,成为中国载人航天工程第三步第一批入驻空间站的航天员。

绝美!神舟十二号与地球同框

逢五逢十的年份尤其受到中国人喜欢而被纪念。在世界载人航天60周年到来之际,中国开始独立建造自己的空间站,时间虽属巧合,却也让人精神振奋。这一甲子,中国航天走过了从无到有再到世界先进的不平凡之路。

当然,这一切也离不开我们今天的主角——被誉为“神箭”的长二F火箭。

前世:实现“争八保九”

竞争激烈,迎难而上。

美苏冷战时期,载人航天技术获得飞速发展,开发利用太空、创造生活新天地已成为各国的追求。在这方面,中国自然也不例外。

1971年,中国设计出一艘载人飞船,命名为“曙光号”,可这个梦想只停留在图纸上,最终陨落于“文化大革命”的口号标语之中。

不过,中国人对太空的探索并没有就此止步。

1986年,“863”计划启动,中国围绕载人航天开展了长时间的探索和研究工作,并围绕3种方案——载人飞船、小型航天飞机和空天飞机,开展了广泛研究。由于载人飞船的技术相对简单,结合具体的国情,中国最后将载人航天方案确定为发射载人飞船。

1992年9月21日,中共中央政治局第十三届常委会第195次会议正式批准载人航天工程立项,并将此作为重点工程列入国家计划。这就是我们现在常说的“921工程”。

立项之初,上级确定了载人航天工程“争八保九”的目标。所谓“争八保九”,就是力争1998年、确保1999年发射第一艘无人飞船。

想要把载人飞船送上天,就离不开大推力的火箭。1990年,长二捆火箭成功发射,为把中国人送上太空提供了可能。但是,长二捆火箭的安全性和可靠性尚不能满足载人的需求。

“载人航天,人命关天”,必须设计出一种符合载人要求的新型火箭,它将部分继承长二捆火箭的技术又要有所优化。这个任务就落到了原航空航天部一院刘竹生及其团队的身上——他开始担任载人运载火箭的副总设计师。

过了不久,载人火箭被命名为“长二F”。刘竹生与普通设计人员的职责不同,他的主要任务是做技术总体控制。

经过深入地调查研究,他发现:从世界航天史的故障发生情况来看,70%左右的故障发生在火箭的上升段,而飞船在待发段和上升段最大的危险来自火箭。

在刘竹生的主持下,长二F火箭制定了高质量、高可靠性、高安全性的总体方案,最终可靠性设计指标达到了0.97,比一般火箭的0.93高出了0.04。除此之外,长二F火箭还增加了其他火箭所没有的故障检测诊断技术和逃逸技术。

时间来到1998年6月,刘竹生被正式任命为长二F火箭总设计师,一场由他“领衔主演”的科技大战开始了。

为检验逃逸分系统设计的安全性,当年9月,刘竹生赶赴酒泉卫星发射中心进行第一次零度高空逃逸飞行试验。10月19日清晨,随着指挥员的一声令下,逃逸塔腾空而起,带着飞船的返回舱和轨道舱沿预定轨迹飞行,整流罩上的4个栅格翼同时打开。飞行到1.9千米高空时,飞船与逃逸塔顺利分离。长二F火箭首飞进入最后冲刺阶段。

1999年11月20日清晨6时许,长二F火箭准时点火升空,将我国第一艘无人试验飞船神舟一号送入预定轨道,火箭各系统工作正常,飞行试验获得圆满成功。

“争八保九”实现了。

今生:神箭护神舟飞天

遨游太空,一梦千年。

随着载人航天工程的逐步推进,长二F火箭接连送神舟二号飞船到神舟六号飞船进入太空,杨利伟、费俊龙、聂海胜3名中国航天员也先后进行了航天飞行,中国载人航天工程第一步圆满完成。

2006年,刘竹生退居二线,将长二F火箭总设计师的“帅印”交到了航天科技集团一院的荆木春手里。

2008年,中国载人航天工程第二步拉开帷幕。为满足这个阶段的任务需求,荆木春带领团队对长二F火箭进行了迭代升级:“我们称之为长征二号F改进型火箭。”

研制团队计算过,各种技术状态的更改一共有100多项,而其中有多项关键技术在国内火箭研制史上都是首次应用。

例如,为满足天宫一号的发射需求,长二F火箭不仅要提升运载能力,还要有能包络天宫一号的整流罩。

面对难题,荆木春带领研制团队反复计算、查阅资料、模拟验证,提出采用冯·卡门曲线整流罩的设计方案,并最终为天宫一号披上了这件特制的“外衣”。

不仅如此,天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船先后被送入预定轨道后要进行交会对接,这对火箭入轨精度也提出很高要求。

荆木春主持研制的迭代制导技术像开车时用的导航一样,可以让火箭在飞行过程中,实时计算位置,及时纠正路线,从而保证入轨精度。

2014年,荆木春将长二F火箭总设计师的“帅印”传给一院的张智,自己来到了火箭总指挥的岗位。

2014年~2020年这6年里,张智与荆木春密切合作,圆满完成了天宫二号空间实验室、神舟十一号飞船的发射,让中国载人航天工程第二步画上了圆满句号。

今年,空间站建设任务拉开帷幕,“建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题”这一重大任务摆在中国航天人的面前。

时隔5年,长二F火箭再次进入密集发射的阶段。这时,一院的女性航天专家容易接过张智手中的“帅印”,与荆木春合力打造航天员的“专列”。

“没想过会接到长二F火箭总设计师的任命,但到了这个岗位,就把该做的事做好。”容易说。

2011年~2016年,容易参加了载人航天工程交会对接和空间实验室任务所有的发射,包括天宫一号、天宫二号、神舟八号、神舟九号、神舟十号、神舟十一号。其中,她3次担任火箭系统逃逸安控负责人、1次参加逃逸安控技术把关、3次任发射现场火箭指挥,载人航天经验十分丰富。

理工科出身的容易理性、冷静,但在神舟九号任务时,她经历了前所未有的紧张。

2012年6月16日,神舟九号发射,景海鹏、刘洋、刘旺等3位航天员乘长二F火箭进入太空。容易作为逃逸安控的技术把关人,在大屏幕上看到航天员进入自己参与设计的火箭时,心提到了嗓子眼。

“毫不夸张地说,那一刻,航天员的生命就寄托在我们身上。我真正意识到‘载人航天,人命关天’不是一句口号,而是给航天员的承诺,我们必须把工作做好。”容易动情地说。

长二F火箭作为我国目前唯一一型载人火箭,它的技术更改受到严格控制,必须经过严格的两报两批,即先向“中国载人航天工程办公室”报批想要更改的技术,办公室论证通过后予以批复;技术更改完成后再向办公室报批,办公室确认后予以最终批复。

“勿以善小而不为,我们不会因为某个技术状态变化不出彩、不上台面就不改。只要是对火箭质量、可靠性和安全性提升有利,对航天员安全有利,我们都会去做。”容易表示。

在本次任务中,长二F火箭有108项技术状态变化,每一项都非常细小,但只要是薄弱点,容易及其团队就不会放弃更改。

比如,增加起飞滚转状态,让火箭可根据任务需求随时更改射向,提高灵活性,不必拘泥于地面设施的方位;增加逃逸塔逃逸方向,解决返回舱在逆风等情境下,可能被重新带回危险区域的问题;更改逃逸安控体制,将火箭上的安控指令接收机和逃逸塔上的逃逸指令接收机合二为一,改为逃逸安控指令接收机,提高火箭的自主性和抗干扰能力;细化火箭二级尾舱中的力学环境,从较为笼统的温度、震动、压力、冲击等要求,改为精细化数据,让每个系统单机进一步“有法可依”,提升火箭可靠性;提高发动机传火孔阈度,让火工品的作用力进一步扩大,避免出现点火失败的情况;改进二级油机推力室喷柱口,让推进剂燃烧更充分,保证发动机比冲……如此种种,不胜枚举。

“本次发射任务最大的亮点是准备了应急发射预案。”容易介绍,和以往不同,这次长二F遥十二和遥十三火箭同时进场,同时总测。“遥十二火箭总测整流罩和逃逸塔,遥十三火箭总测火箭基础级,工作完成后再进行交换,确保两发火箭同时总测完毕。”

在长二F遥十二火箭发射后,长二F遥十三火箭会垂直停在厂房,进入应急发射待命状态,随时准备发射神舟十三号飞船,应对神舟十二号飞船在太空中被碎片击中或不能正常脱离空间站等多种可能出现的情况。

“这种应急发射待命状态要持续3个月,直到航天员顺利返回地球。”容易说。

本次发射任务结束后,长二F火箭发射试验队员将各自返回工作单位,但他们的神经依然紧绷——他们会提前打包好随身行李和相关技术文件,如遇突发情况,他们将从各单位甚至是出差地迅速集结到酒泉卫星发射中心,用最快8.5天的时间将神舟十三号飞船发射升空。

容易坦言,应急救援时间紧、压力大,试验队员将采取24小时三班倒的方式进行火箭总测,“事关航天员的安全,一切都马虎不得。”

应急救援预案如未启动,长二F遥十三火箭和神舟十三号飞船将按照正常流程进行总测,预计于今年10月发射。

未来:环保可靠新一代

展望未来,科技制胜。

近年来,人类对月球和火星的探测再次进入黄金时期,美国提出了重返月球的“阿尔忒弥斯计划”,目标是2024年将宇航员平安送往月球并返回,同时建立常态化驻留机制,为未来的火星载人登陆任务铺就道路。俄罗斯也计划于2028年发射重型火箭。中国作为航天大国,必然也不落人后。

俗话说,火箭的能力有多大,航天的舞台就有多大。在迭代升级运载火箭这件事上,中国航天人从未停止脚步。2016年,随着长征五号、长征七号火箭首飞,我国新一代运载火箭进入国际先进水平。

研制长二F火箭的“替代箭”一事也早已提上日程。该火箭分为两型,将使用无毒无污染的推进剂,推力更大,安全性、可靠性更高,主要用于载人登月和近地轨道航天员运送,快速提升中国进出空间的能力。这型火箭就是我国的新一代载人运载火箭。

张智始终在载人火箭的队伍里。卸任长二F火箭总设计师后,他又来到新一代载人运载火箭总设计师的岗位,目前已带领团队走到火箭关键技术攻关及深化论证阶段。

张智透露,用于载人登月的新一代载人火箭高度超100米,采用三级半构型,地月转移轨道运载能力近25吨,在继承长征五号和长征七号火箭成熟技术的基础上,创新升级逃逸系统和故障检测诊断系统,进一步保证航天员的安全。

据了解,我国的载人登月方案原有6种,经过多方论证,最终确定了与“阿尔忒弥斯计划”相似的方案,即进行两次发射,分别将载人飞船和月面着陆器送入月球轨道,两器在月球轨道交会对接,以组合体的形式飞行一段时间后再分开,航天员乘坐着陆器登月。科学考察完毕后,航天员再乘坐上升器从月面起飞,进入月球轨道与载人飞船对接,换乘之后抛弃上升器,返回地球。

用于近地轨道的载人火箭则是从载人登月火箭演化而来。张智表示,该火箭为两级构型,近地轨道运载能力近20吨,将推动中国载人航天事业步入新的阶段。

明年,中国将建成长期有人照料的载人空间站,这距离“921工程”立项整30年。又恰好逢十,又是中国人喜欢的节点,又会发生哪些故事?

文/中国航天报记者刘岩

对文章打分

“神箭”的前世、今生与未来

3 (11%)
已有 条意见

    最新资讯

    加载中...

    今日最热

    加载中...

    热门评论

      Top 10

      招聘


      Advertisment ad adsense googles cpro.baidu.com
      created by ceallan