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八年铸箭终成锋 志在飞天驭苍穹
——中国航天科技集团长征七号运载火箭研制团队

    发布时间:2017-08-30

 

2017年4月20日19时41分,长征七号遥二火箭在海南文昌发射场完成了中国首个空间货运飞船——天舟一号的发射,为我国长期有人照料的空间站搭建起“天地运输走廊”,标志着载人航天工程空间实验室任务圆满收官,标志着中国载人航天胜利完成“三步走”战略中的“第二步”,为下一步空间站建设奠定了坚实的基础。

在长征七号运载火箭成功的背后,是一支平均年龄只有32岁的队伍长达八年默默付出和艰辛铸箭之路。

年轻团队 突破诸多世界难题

作为具有划时代意义的一型火箭,长征七号肩负着我国载人空间站工程中天舟货运飞船的发射任务,其运载能力是以往火箭的1.5倍,是我国由航天大国向航天强国迈进的重要标志。同时,长征七号在研制过程中面临的技术难题也是最多、最难的。

长征七号总指挥王小军、总设计师范瑞祥带着一支平均年龄不到32岁的年轻技术团队在多项我国运载火箭发展史上首次遇到的重大技术难题的攻关中,创造性地提出全新方案、采用新技术、全面系统综合和优化,掌握了一批具有自主知识产权的全新技术,据长七火箭总设计师范瑞祥介绍,在长征七号运载火箭研制过程中,研制团队先后突破了以12项重大关键技术为代表的96项关键技术。

新动力让火箭更“环保”。“长七”火箭采用我国具有自主知识产权的两种新型液氧煤油发动机,较常规推进剂比冲提高20%,推力提高了60%,且发动机燃烧只生成水和二氧化碳,秉承了中国航天绿色环保的发展理念,顺应国际潮流,提高了火箭性能。

新结构带来新挑战。“长七”火箭的外形和我国现有的火箭体型差别不大,但为了储存更多的燃料,提供更强的动力,它的助推器长约27m,接近现役火箭助推器长度的2倍,而这种改变也需要对火箭的设计进行全面的更新。传统火箭固定助推器需要两个捆绑点,而“长七”火箭又增加了一个捆绑点,相对现役火箭静定的捆绑方案,载荷、捆绑装置等设计难度大大增加、可靠性大幅提升。

新体制让火箭更可靠。火箭复杂的结构,给火箭的“大脑”控制系统也带来了全新的挑战,为了更好的控制火箭的飞行过程,将航天器精确送入轨道。长征七号是按照载人航天标准设计的火箭,控制系统和增压系统实现了冗余,设计可靠性得到大幅高。控制系统创新采用了143项智能控制软件,这是现役火箭软件使用量的30倍以上,大大提高了控制精确度,在每个舱段中安装控制系统,改变了以往集中处理的方式,减轻了控制系统压力,也标志着我国火箭控制系统已向全面数字化控制模式发展。长征七号未来成熟后将成为新一代载人火箭,用于发射新一代载人飞船。

新环境提高火箭适应性。海南发射场气候潮湿,降水量大,全年12小时内降水5至15毫米的中雨较多。为此,在火箭研制之初,设计团队就将 “防水”工作列为重中之重。例如在部段对接处、细小的孔径和缝隙处都要做防水处理;在排气孔处,实现排气防水双功能并举;针对低温液体贮箱加注后无法避免的冷凝水聚集问题,开设排水孔等。“长七”沿用了过去长征火箭家族3.35米直径的设计,既可以满足海南发射场发射要求,同时也可以通过陆路运输运往内陆发射场进行发射,发射适应性更强。

新测发让火箭发射更简便。火箭在发射场进行的垂直总装、垂直测试、垂直转场,被称为“三垂模式”。现役火箭中采用的“三垂模式”,其箭地连接工作在技术区和发射区要进行两次,而“长七”火箭采用的“新三垂模式”,仅一次对接就可以完成工作,状态的一致性更好,且前端地面测发控设备在技术区进行了充分测试,转至发射区以后出现故障的概率更低,有效提高了发射的可靠性。同时也缩短了发射工作时间,降低了火箭转场后遇到恶劣天气再返回技术区的情况发生。

第一枚全数字火箭,火箭设计从纸质“连环画”变成了“3D电影”。长征七号是首个揭开神秘面纱的“数字火箭”,它采用全数字化手段完成研制,突破了三维协同设计、三维设计数据管理及基于三维的流程仿真、飞行综合性能仿真等多项关键技术,打通了从设计到制造的全三维流程。“长七”火箭在全研制流程没有一张纸质图纸,航天科技工作者称火箭设计从纸质“连环画”变成了“3D电影”。在试验、装配阶段,“数字火箭”应用了“虚拟现实技术”,对火箭进行虚拟装配、虚拟试验,真实模拟火箭实际装配和试验环境,提前预见可能发生的问题,确保了火箭试验、装配“一次成”。“长七”火箭的首飞成功,代表了我国近60年运载火箭研制领域的最高水平,标志着我国新一代运载火箭在数字化设计能力上已跻身国际先进行列。

在长征七号火箭的研制过程中,这群年轻人先后突破并掌握了一大批具有完全自主知识产权的全新技术,推动了我国运载火箭技术的进步,为我国未来大规模开发利用空间资源、以及在世界航天领域发出“更强中国音”提供了坚实基础,同时长征七号运载火箭的研制也培养了一批技术人才,为后续运载火箭的研制打下了良好基础。

八年攻关路  中国火箭跻身世界一流

长征七号运载火箭总长53.1米,起飞推力超过700吨,具有不少于13.5吨的运载能力,这可以将更多的推进剂和货物补给一次送入太空,让航天员能够在太空实现更长时间的驻留。在一系列的技术创新背后,是长征七号研制团队整整走过的8年艰辛历程。

为推动载人航天工程后续任务的顺利进行,原总装备部于2006年8月和2007年3月分别成立了载人航天发展战略论证专家组和载人航天工程后续任务实施方案论证专家组。在论证中,研制团队通过分析国外载人运载火箭的发展趋势和特点,结合我国载人航天工程对运载火箭的需求及载人运载火箭发展的技术需求,提出了我国载人航天工程运载火箭的发展思路,并提出了发展新型运载火箭的建议。

按照我国新一代运载火箭的发展思路,现有长征系列运载火箭将逐步被使用无毒无污染推进剂的新一代运载火箭所替代。届时,现役火箭将难以独自维持目前使用的动力系统生产、试验设施的维护,也无法依靠其他火箭飞行试验提供可靠性子样。同时,在空间站的运行阶段,为保证货运要求、减少年发射次数,要求运载火箭低轨道运载能力达到10t级,一次发射上行货物达到5t以上,减少年发射次数,这对于降低空间站的维护成本非常有利,也便于发射任务的组织实施,而现有运载火箭的运载能力均难以满足要求。因此,研制一种与新一代运载火箭使用相同推进系统、运载能力满足载人航天工程需求的新型运载火箭势在必行。

在研制路上,一场场激烈的讨论让大家红过脸,也擦出了灵感的火花,并由此诞生出新三垂测发模式、脐带塔发射平台等方案。与现役火箭中间芯级支撑地面“拎着”4个助推不同,长七箭体采用了可靠性更强的超静定捆绑方案,载荷、捆绑装置等设计难度大大增加,火箭的外形和我国现有的火箭体型差别不大,但为了储存更多的燃料,提供更强的动力,它的助推器长约27m,接近现役火箭助推器长度的2倍,而这种改变也需要对火箭的设计进行全面的更新。

优秀文化  助力重大任务圆满成功

型号队伍自建立以来就高度重视自身的文化建设,以研制中国新一代中型运载火箭和载人火箭为己任,高标准严要求,严格管理,严谨务实。在八年的艰辛研制经历中,无论是遇到试验连续失利、新环境新挑战,还是面对京津琼三地作业、进度后墙压力,型号队伍都始终保持一股昂扬斗志去追逐目标,敢于创新、勇于担当、甘于奉献、务求精细、求真务实、确保成功。

在首飞任务中,型号队伍以保成功为第一要务,撇开争议,在一天的时间内完成整流罩防雨罩的设计、备料、生产加工,确保了火箭转场后第一时间“穿上”整流罩防雨罩,抗住了转场后的两场暴雨;克服了火工品运输模式、运输管理规章制度、运输路线变化带来的种种困难,直面全新的挑战,经过全面、细致的多方协调,完成了新模式下可行的运输实施方案,确保了火工品安全运抵海南文昌发射场;型号队伍还采用中外运股份有限公司的“绪扬”号远洋运输船将箭体集装箱运返天津,开拓了火箭产品运输的新尝试。

以上种种,均完美的诠译了型号队伍的作风培养从初样研制时期的“深实细全和”文化,发展到遥一首飞任务中的“创新、担当、奉献、严谨、务实、精细”的型号队伍精神,为飞行任务的圆满完成提供了重要保障。

展望未来  勇挑发射主力重担

据长征七号总指挥王小军介绍,新的结构、新的环境、新的体制、新的测发、新的动力,代表了先进火箭的发展方向。“长七”火箭作为新一代运载火箭的中型火箭,也将开启我国航天任务的全新阶段。长征七号不仅可以满足我国载人空间站工程发射货运飞船的需求,而且未来它还将承担中国航天多种类型的发射任务。

长征七号运载火箭作为我国新一代中型运载火箭的基本构型,通过改型或与上面级组合,将能够覆盖大多数主流卫星所需的运载能力,面向主流卫星市场,适应面更宽,是我国未来航天发射任务的“主力军”,未来将成为在役主力火箭的“接班人”,肩负着长征系列火箭技术进步和更新换代的历史重任。

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