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25年100次发射背后的N个“第一”——细数长征三

  日前,长征三号甲系列运载火箭在一次次技术跨越中实现了具有里程碑意义的“百次”发射,成为我国首个单一型号发射突破百次的火箭。

  25年,100次发射。翻开历史画卷,不难发现,在一次次技术创新中,长三甲系列运载火箭开创了我国航天史上多个“首次”。这些新技术不仅代表着当时国内的最高水平,许多还达到了世界一流技术水平。

  长三甲系列运载火箭技术起点非常高。按照“系列化、组合化、通用化”的“三化”设计思想,长三甲、长三乙、长三丙作为一组系列火箭进行模块化、组合化与整体化优化设计,确定了以长三甲火箭为基本型的发展模式。

  “三化设计”的发展理念对长三甲及其发展型火箭的形成和大型火箭的发展规划,起到了重要的指导作用。长三甲系列运载火箭共同构成了早期我国高轨道运载能力最大、适应性最强的运载火箭系列,其运载能力可以覆盖世界上绝大多数应用卫星,不仅显著增强了我国商业火箭在国际市场上的竞争能力,也为我国未来航天事业的发展创造了良好条件。

  上世纪90年代,长征三号甲火箭研制成功后,进入了工程应用阶段。为进一步提高火箭可靠性,研制人员经过8年多的艰苦努力,2006年平台加激光惯组的主从冗余控制系统在长三甲火箭上成功应用飞行。

  据了解,控制系统级冗余技术是一项国际先进的复杂技术,大大提高了火箭飞行可靠性。如今,长征系列运载火箭几乎都开展了冗余控制系统的设计与应用,为中国航天高密度发射持续成功打下了坚实基础。

  2013年12月2日,长三乙火箭成功将嫦娥三号月球探测器送入太空,入轨精度极高,正中万里之外的“靶心”。

  “火箭需要将它直接送入近地点200公里、远地点38万公里的地月转移轨道,这对入轨精度提出了很高的要求。”航天科技集团一院长三甲系列运载火箭总设计师姜杰介绍:“如果把火箭发射比做‘打靶’,这次任务必须打十环。”

  姜杰带领科研人员首次采用了“双激光惯组加卫星导航修正”的复合制导技术。她解释道:“就像给火箭安了两只‘眼睛’,一只眼睛让火箭按照设计好的轨道飞行,另一只眼睛精确计算最佳途径,随时修正。”

  火箭发动机校准试车后不分解交付是氢氧发动机研制史上具有里程碑意义的一项技术。

  长三甲系列运载火箭三级氢氧发动机校准试车后不分解技术的研究与应用,突破了发动机整体真空干燥和整体检漏新技术,并建立了适用于校准试车后不分解交付的一整套检查方法和验收标准。

  实施校准试车不分解交付后,火箭消除了发动机早期失效风险,保证了结构可靠性;消除了发动机校准试车后分解再装造成的性能再现性偏差,提高了发动机可靠性;缩短了装配周期,节省了发动机分解再装费用。

  2007年10月24日,长三甲火箭将嫦娥一号送入太空,实现了中国首次月球探测活动,同时首次实现了“零窗口”发射。

  “零窗口”指的是在预先计算好的发射时间,分秒不差将火箭点火发射。据长三甲系列运载火箭总体主任设计师胡炜介绍,在这个时刻发射,卫星能够准确进入预定轨道,节省了轨道修正的推进剂消耗,从而为后续工作留下更多动力。

  胡炜说:“当时,我国低温火箭还没有准确实施‘零窗口’发射的先例,各系统岗位人员在星箭测试、气象研判、燃料加注等各个环节,追求零失误、零差错、零故障、零缺陷、零遗漏,确保发射万无一失。”

  当日18时05分04秒,我国首次探月任务完美实现“零窗口”发射,创造了航天发射史上的“中国奇迹”。

  我国西昌卫星发射中心的高空风风向主要是西向,以往执行东射向任务只需进行单向风补偿(调整俯仰程序角)即可满足发射要求。

  随着我国北斗导航工程的不断推进,为适应北斗二号任务需求,长三甲系列运载火箭进行了双向风补偿轨道设计,制定了4条风补偿程序,射前根据高空风预报情况进行选择即可,极大地提高了火箭的发射适应能力。

  2014年10月24日,长三丙改二型火箭迎来首飞,圆满完成了探月工程三期再入返回飞行试验器发射任务。

  据专家介绍,这次任务首次实现了我国现役运载火箭测量技术的升级换代。长三丙改二型火箭采用了天基测量技术,即通过天基中继星向地面技术人员传输火箭飞行过程的实时遥测数据,对飞行中的火箭进行全程实时测控。同时,最新的高码速传输技术可增加测量点、提高数据传输速度、增大数据传输量,与天基测量技术一起,保证地面技术人员即时掌握火箭的飞行动态,进一步降低测控盲区。

  这次发射,火箭首次采用了5兆码速率的传输技术,可以测量更多的环境参数,如振动、冲击等高频参数,对观察火箭飞行的状态、掌握火箭飞行环境提供了更多依据。

  测量技术的升级换代推动了我国无线遥测传输技术的发展,将我国现役运载火箭测量技术带入了高码速时代,为我国新一代运载火箭数据获取与传输技术创新奠定了基础。

  随着中国探月工程和北斗导航工程的立项研制,长三甲系列火箭迎来了更大挑战。为应对高密度发射任务,长三甲系列火箭应用了一些创新模式和有效方法。

  长三甲系列运载火箭研制团队通过压缩发射队伍规模,优化发射场测试发射流程,开展“去任务化”设计,实施远程快速协同设计,交叉并行作业等,确保了一支队伍能够同时承担两枚火箭发射任务,使火箭研制生产能力从一年2-3枚提高到8-10枚;发射周期从60天减少到21天,发射队伍从300人降到150人左右,为高密度发射任务的圆满完成和运载火箭管理技术的创新发展奠定了坚实基础。

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