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~~~——长征火箭大扫描
     
2017年04月23日 星期日 放大 缩小 默认   
长征火箭
刺破青天锷未残
——长征火箭大扫描
游本凤
  ◆ 游本凤

  “长征家族”拥有长征一号、长征二号系列、长征三号系列、长征四号系列、长征五号大运载火箭、长征六号快速响应移动发射火箭、长征七号货运飞船火箭、长征十一号固体燃料火箭等十多种型号。至今,长征系列火箭已发射了247次,把近300颗各种类型的卫星和飞船(包括2个“天宫”太空实验室和30多颗外星)以及11位中国航天员共14人次送入太空。其中,以长征五号为代表的新一代大运载火箭,在海南岛发射场均首发成功,以后将成为发射大型空间站和货运飞船及嫦娥探月器的主力火箭,引起世界的极大关注。

  目前,我国火箭发射卫星的成功率达到90%以上,载人航天发射成功率则达到100%。如此高的成功率,让世人对中国长征火箭刮目相看。

  数据显示,长征火箭前100发的发射,中国航天人用了37年漫长时间。而后100发的发射,却只用了短短7年时间。近年来,中国航天每年均发射20发左右火箭,而2017年预计将达到28发左右,为历年最多。长征系列火箭的高频率高密度发射不仅已成为一种常态,更奠定了世界航天大国的地位,显示出中国作为一个大国拥有的高科技水平和综合实力。可以说,中国航天技术已经进入了世界“第一梯队”。

  由于航天人为我国航天事业作出了杰出贡献,2016年,国家决定把每年4月24日设立为“中国航天日”。

  长征一号,中国首星奏响《东方红》 

  新中国成立后,尽管困难重重,但中央领导依然极其重视航天事业的发展。1957年,苏联发射成功世界上第一颗人造地球卫星后,1958年,毛主席发出了“我们也要搞人造卫星”的号召。于是,以中国科学院为主体、代号“581”的课题组成立,开始研制火箭、卫星。其间,由钱学森为技术统帅,率领老一代航天人先后将东风系列地地导弹和探空火箭发射成功,这些均为发射卫星打下了坚实基础。1966年5月,我国第一颗人造卫星被命名为东方红一号,运载火箭被命名为长征一号,星箭研制工作正式拉开序幕。

  长征一号火箭是三级运载火箭,全长29.46米,最大直径2.25米,可将300公斤的有效载荷送入440公里的近地轨道。它虽然是中国第一发运载火箭,但其采用的许多新技术和新材料在当时均属较先进的,如发动机高空点火、火箭级间连接和分离、大长细比火箭的姿态控制等技术。

  1970年3月26日,载着一发长征一号运载火箭和两颗东方红一号卫星的专列从北京出发,悄悄开往酒泉卫星发射中心。

  中央领导高度关注这次发射。4月2日和4月14日,钱学森和酒泉卫星发射中心司令员李福泽、长征一号火箭总设计师任新民等两次奉命从基地飞赴北京,向中央领导汇报发射前的准备工作。

  1970年4月24日,中国成功发射了第一颗人造地球卫星。卫星绕地球一周,播送《东方红》乐曲。喜讯发布,举国欢腾。那时,电台里整天播放卫星上的《东方红》乐曲声,天籁之音,传遍神州。而到了晚上更是盛况空前,许多市民纷纷涌到街头仰望天空中移动的那一个亮点,成为一个奇特景观。

  东方红一号的发射成功,标志着中国继苏联、美国、法国、日本4个国家之后,成为第5个独立研制和发射人造卫星的国家。

  长征一号火箭成功发射东方红一号,是中国航天在太空中竖起的第一座里程碑,也是“两弹一星”的重要组成部分。

  长征三号,低温燃料改写中国火箭历史

  1972年2月21日,美国总统尼克松乘坐“空军一号”专机降落在北京机场,受到了周恩来总理等中国高层官员的欢迎。美国合众国际社记者在第一时间将这一历史性镜头通过通信卫星传送到了美国。但这一通信卫星却是中国花了大价钱从美国租用的。

  中国作为一个十多亿人口的大国没有通信卫星,与大国的地位实不相称。于是,中国下决心要研制自己的静止轨道通信卫星。不久后,一项以“331工程”命名的通信卫星研制发射计划浮出水面。

  “331工程”发射的地球静止轨道通信卫星,轨道距离地球表面约36000公里。要把卫星发射到这样的高度,必须研制一种能到达高轨道的多级运载火箭,这一火箭后来被确定为长征三号。

  长征三号是一种多用途三级液体运载火箭,可把1.5吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。与长征一号相比,长征三号火箭的研制水平上了一个新台阶。长征三号一、二级发动机用的是常规燃料,而第三级发动机推进剂采用的是液氢液氧低温燃料及实施二次启动技术,这在当时国际航天领域均属先进,而低温燃料氢氧发动机技术性能优越,燃烧产生物安全无毒,且比常规发动机的推力大50%以上。低温燃料氢氧发动机在国内谁也没有搞过,没有现成资料,没有实物产品参照,研制难度极大。著名火箭专家任新民力挺这一新技术上马。他说,氢氧发动机迟早得上,否则我们的火箭技术永远落后。氢氧发动机若研制成功,中国火箭的历史将被彻底改写。

  航天人历时八年,攻克数十个技术难关。其间,氢氧发动机经过了129次试车,累计工作时间长达33500秒。这标志着三级发动机全系统试车考核成功,同时表明航天人终于掌握了氢氧发动机研制技术。

  1984年元旦,长征三号火箭被转到了西昌卫星发射中心发射阵地。决战时刻,老将军张爱萍坐镇指挥这一重要战役。

  1月29日,长征三号进行第一次发射,一二级发动机点火成功,而三级发动机第一次启动也正常。火箭携卫星经过一段滑行后,按预定程序实施第二次点火。可惜发动机二次启动失败,推力突然下降,未能将卫星送入预定转移轨道。

  失利原因很快被找到,航天人采取了三项措施,终于排除了二次启动故障。同年4月8日晚,第二发长征三号火箭再次升空。当大家听到“三级二次关机正常”时,雷鸣般的掌声顿时响彻基地。在这幸福时刻,大家欢呼着,拥抱着,许多人热泪盈眶。

  长征三号的研制成功,使得中国成为了世界上第五个能够独立发射地球静止轨道卫星的国家。1986年,长征三号获得国家科学技术进步特等奖。

  长征三号承担我国历史上首次国际商业卫星的发射,其意义非凡,值得一书。1989年1月23日,中国长城工业公司与香港亚洲卫星公司签署发射合同,用长征三号火箭发射美国休斯公司生产的亚洲一号通信卫星。由于西方国家的政治偏见,美国国会一直反对此举。而在合作期间,双方又摩擦不断,过程一波三折。但最后,合作方冲破重重阻力,于1990年4月7日用长征三号将亚洲一号卫星发射升空,并准确地送入预定轨道。双赢之举,皆大欢喜,从此打开中美航天合作之门。

  长征四号,发射气象遥感卫星的主力火箭

  长征四号系列火箭由上海航天抓总,是我国发射太阳同步轨道卫星的主力火箭。长征四号的特点是技术成熟、可靠性高、适应性广、性能价格比合理,是中国航天的品牌火箭之一。

  1988年,长四A首发火箭发射风云一号气象卫星告捷,使中国终于拥有了第一颗气象卫星,成为世界上第三个能够独立发射太阳同步轨道卫星的国家。长四A首发获成功,贡献突出,于1991年获国家科技进步特等奖。

  随着航天技术的发展,我国新一代的气象观测和资源普查卫星需要新型火箭发射,于是,上海航天人决定在长四A火箭的基础上进行较大幅度适应性改进。

  他们大胆采用了多项新技术,其中不少新技术具有独创性。改进后的新型火箭取名为长征四号乙,起飞质量、起飞推力、运载能力等均比原火箭有了显著提高。

  1999年5月10日,长四乙火箭在太原基地呼啸着飞向蓝天,把风云一号C星和实践五号卫星准确送入预定轨道。

  这是长四乙的首次亮相,第一箭漂亮收官,赢得美誉。这一星箭成功,被记录在北京中华世纪坛“公元1999年大事记”栏目内。

  1999年,长四乙承担了发射重型遥感卫星的重要任务。针对新任务,科技人员对火箭又进行了161项大规模的技术状态更改,以满足遥感卫星发射任务的要求。而其中最难就是三级发动机的二次启动技术。从国内外发射历史来看,采用二次启动技术的发动机没有一次成功的先例。航天人经过刻苦攻关,最终解决了常规燃料二次点火中的关键问题。

  2006年4月27日,长四乙火箭(二次点火发射后改为长征四号丙)又一次开始了追赶太阳的征程。火箭发射成功,三级发动机二次点火正常。长四丙火箭发射我国第一颗遥感卫星一号的成功,意义非常重大,它标志着我国首次应用常规燃料,成功进行二次启动技术的首发火箭诞生。

  长征二号丁,力挽狂澜三次“龙抬头”

  长征二号丁火箭是由上海航天抓总研制的又一种新型低轨道二级火箭型号,是我国目前二级火箭中运载能力最大的一种火箭。它在历次发射中,发发成功,至今已连续发射30余发无一失利,为中国航天立下了赫赫战功,无愧金牌火箭的光荣称号。

  长二丁的难能可贵之处在于,其01批的三次发射,都是在我国航天界遇到艰难挫折的危急形势下,背负巨大压力,领受“只能成功、不许失败、没有退路”军令状,憋足一股劲,“弯弓奋力射大雕”,最后一举扭转被动局面,为中国航天赢得了至高荣誉。因此,它的前三次成功发射,被时任中国航天工业总公司总经理刘纪原称为三次“龙抬头”。

  在今天看来,长征系列火箭已经连续发射了200多次,成功好像轻而易举,但在上世纪90年代初期至中期那几年间,希望一发火箭成功,近乎一种奢望。

  1991年12月28日,是个将近年关的日子,中国航天选择这时候发射,就是希望全年任务画上一个圆满的句号,实现“关门红”。然而天不遂人愿,由于这一发长征火箭发生故障,未能将一颗东方红二号甲通信卫星送入大椭圆轨道。屋漏偏遭连天雨,没过几个月,即1992年3月22日,长征二号E捆绑式火箭发射澳大利亚B1通信卫星时又因火箭出现故障,在火箭点火后实施紧急关机。

  同年8月9日,长二丁火箭肩负着重要使命,昂然挺立在酒泉基地发射架上。这是一发不同寻常的火箭,因为全中国,甚至全世界的目光都在它身上聚焦,成功与否,关系重大。但这发火箭毕竟是首发箭,未经过实战考核,能否成功,大家的心都悬着:中国航天已经到了失败不起的地步。

  不愧是优质火箭,长二丁不负众望,一箭破苍穹,将一颗返回式科学试验卫星顺利地送入预定轨道。

  旗开得胜,扭转乾坤。长二丁关键时刻的一击,意义重大,航天被动局面顿时被扭转,称得上是一次“龙抬头”。借长二丁成功东风,仅仅5天后,又一发长征二号捆绑式火箭将澳大利亚B1通信卫星送上了太空。

  中国航天在1994年上半年再次遭遇“寒流”。那年4月2日,我国第一颗风云二号静止轨道气象卫星在即将发射之前,西昌基地卫星技术厂房内突然发生起火燃烧事故,不仅卫星被毁,而且造成重大人员伤亡。面对重创,航天人没有泄气,没有灰心。同年7月3日,长二丁火箭在首次启用小平台的特殊情况下,将我国的第十六颗返回式卫星成功地送上太空。这一次“龙抬头”又将吉祥的“龙风”带给了长征二号E捆绑式火箭,同年8月28日,该火箭发射又一颗澳大利亚B3通信卫星获得圆满成功。

  航天事业是一项高风险的事业。1995年至1996年间,中国航天又一次面临严峻考验。1995年1月26日,长二捆火箭发射香港亚洲二号通信卫星遭遇失利;1996年2月15日,长征三号乙火箭发射国际708号通信卫星再次失利;1996年8月18日,长征三号火箭发射中星七号通信卫星又遭遇了“滑铁卢”。

  “失利怪圈”笼罩着中国航天。成与不成,已经不是一个单纯的发射问题,它已经上升到了维护祖国荣誉的层面。关键时刻,长二丁又承担重要使命。同年10月20日,第三发长二丁竖在了酒泉发射场。这发火箭牵一发而动全身,中央高层对此十分关注,时任国防科工委主任丁衡高、航天工业总公司总经理刘纪原等都到发射现场督战。发射前夕,发射场的气氛紧张得让人喘不过气来。

  15点20分,长二丁火箭尾部喷着烈焰,在众目睽睽之下冉冉升腾,升腾。“成功了!”航天人振臂高呼,戈壁滩顿时成了一片沸腾的海洋……

  长征三号甲,托举航天嫦娥与月宫嫦娥相会

  长三甲在技术上取得了一系列新的突破,创造了十多个国内首次。

  从诞生到成长,长三甲系列火箭的研制经历很不平凡。

  1992年11月,三级动力系统试车,第一次由于液氧泵转速不正常,试车失败。以往的做法是将三级火箭拆下来,运回生产厂分解重装。这样将延误半年多时间。总指挥、总设计师龙乐豪决定在现场拆卸发动机。这是一个大胆而冒风险的决策,大家全力以赴,拆卸工作进行得比较顺利,换上了新的液氧泵。可是在进行第二次试车时又遭遇失败。此时三级试车还没有通过,而且用这发三级火箭进行第三次点火,风险很大。加注液氢液氧的箱体,能否经受得住连续三次点火?万一爆炸,后果不堪设想。龙总经过全面权衡后,大胆地做出了一个决定:在现场拆卸,更换部分零组件,进行第三次试车。

  1993年4月10日,经过了4个多月的拼搏,冲破重重艰难险阻,第三次试车终于成功。用一发火箭连续三次加注、两次泄出、三次点火试车,这在我国火箭研制史上是一个创举。此举使火箭研制时间缩短了一年,研制经费节约了数千万元。

  绕月探测工程是继发射人造地球卫星、载人航天之后,我国航天活动的第三座里程碑,其成功对促进科技进步、提高综合国力、提升国家竞争力具有重要意义。长三甲毅然挑起了发射嫦娥系列卫星的重任。

  为发射嫦娥一号卫星,针对月球轨道运行条件,以及影响月球探测器发射窗口等外界因素,航天人对火箭进行了多项适应性改进,特别是在可靠性上下了大功夫,多项关键环节采取了安全冗余设计。

  2007年10月24日,长三甲运载火箭在西昌基地点火腾空,其发射的是嫦娥一号绕月卫星。发射过程十分复杂,火箭先将卫星送入近地轨道,三级第一次关机,滑行一段时间后,三级第二次点火,使卫星进入近地点200公里、远地点51000公里的大椭圆轨道,然后嫦娥一号依靠星上发动机,再经过一次远地点、三次近地点的变轨,最后进入地月转移轨道,然后飞往月球。

  至此,我国第一颗探月卫星——嫦娥一号向着遥远的月宫飞奔而去。此后近十年间,长三甲又先后将嫦娥二号、嫦娥三号(包括月球车和玉兔号月面巡视器)、嫦娥返回再入器等发射成功。

  长征二号捆,为载人航天工程拔得头筹

  2003年10月15日9时,酒泉卫星发射中心。

  对于中华民族来说,这是一个实现千年飞天之梦的伟大时刻。只见长征二号F火箭喷射着烈火,托举着神舟五号飞船缓缓升空。中国第一位航天员杨利伟就乘坐在神五返回舱内。

  成功了!杨利伟的飞天之旅,使中国成为世界上第三个独立掌握载人技术的国家。

  我国的载人航天工程,共有八大系统,其中最关键的就是必须解决运载工具问题。而当时我国最大推力的火箭是长征二号E,虽然也是捆绑火箭,但在安全性、可靠性上远远达不到载人要求。航天员一旦坐进飞船,其生命就全部托付给火箭了。载人航天,人命关天。因此,发射飞船的火箭的可靠性必须达到0.9999~0.999999,大大超过发射卫星火箭的标准。

  提高火箭可靠性,关键在于采取冗余措施、增加备份,火箭顶端还须安装可帮助逃生的逃逸系统。其间,火箭先后完成了电气系统综合试验和匹配试验、控制系统半实物仿真试验、电气系统单机可靠性增长试验和电磁兼容试验、箭体结构静力试验、全箭振动试验等多项大型试验。历时五年攻关,航天人终于拿出了全新的长二F火箭,它足以将7.8吨的飞船送入300公里左右的太空轨道。

  1999年11月20日,长二F火箭首次公开亮相,将神舟一号无人飞船成功地送入太空,标志着我国第一款“大力士”火箭终于横空出世。

  长征六号,一箭发射二十星犹如天女散花

  长征六号火箭是一种全新的快速响应三级液体火箭,发射时无须发射架。它平躺在一部大型平板运输车上,火箭起竖即可实施发射。它不受地理条件的限制,可以开到任何地方发射。其快捷便利的发射方式为国内首创。该火箭研制历时八年,终于修成正果,而且首次发射就以一箭二十星给世人一个惊喜。

  创新之路,非常艰难,因为在航天人面前,没有现成的参考资料,没有可供参照的样品,也没有成熟的研制经验。说难,难就难在长征六号与现有的长征系列火箭差异太大,根本不是一个路子,如动力系统完全不一样,在国内首次应用无毒液氧煤油发动机。而其中的“三平”测发模式,即水平星箭对接、水平整体测试、水平整体运输起竖,在国内也属首创。为此,新火箭方案确定的12项重大关键技术,几乎每一项都是国内创新,国际先进。

  参照国际运载火箭的发展方向,长征六号选用了新研制的高比冲、大推力、无毒液氧煤油发动机作为主要动力。为保证火箭的运载能力和可靠性,优化总体构型,设计师们尽量简化系统。如团队采用更具创新性和经济性的自生增压方案,后来被实践证明是正确的选择。自生增压方案可取消一整套氦气增压系统,优化火箭的总装方案,同时可有效提升火箭的运载能力。但自生增压气体中因含有微量杂质气体,属世界级难题。团队详细分析杂质气体对增压输送系统的影响,根据发动机试车数据及总体参数,进行无数次的计算、论证和对比分析,最终确定了设计方案。

  2012年11月至2013年7月,长征六号迎来研制历程中最关键的三个考验——一二三子级发动机热试车,重点考核增压输送系统全程增压等系统是否正常。成功与否,意义重大。一子级热试车打响头炮,点火时间只有短短170秒,巨大的轰鸣声,时刻揪心。好在航天人吃透了技术,结果试验一举成功,让人信心倍增。接着二子级、三子级热试车均圆满完成,终于扫清了长征六号首飞前的所有障碍。

  特种地面设备——自行式全箭运输车,是目前国内运载型号最高水平的特种车辆之一。团队历时两年,倾注了大量心血进行反复论证,完成了从总体任务剖面到整车功能模块的确定以及关键性能参数设计等大量工作。他们还创造性地将整车定位系统与动力底盘微电控制系统、车载附件系统等有机联合起来,提高了整车的自动导航精度。

  2015年9月20日,长征六号首飞成功,同时天女散花般地将20颗大大小小的卫星一一送入预定轨道。它表明中国的多星分离技术完全达到了当今世界最先进水平,创造了中国航天一个了不起的新纪录。

  长五长七,大火箭海南腾飞建未来空间站

  以长征五号为代表的新一代运载火箭的特点是大直径、大运载能力、高可靠性、无污染、低成本、适应性强、易操作。随着长征五号和长征七号两型大火箭在海南岛发射场第一次发射均成功,中国航天人交出了一份令人满意的答卷。

  大火箭不仅要满足发射国内不同用途的大型卫星、宇宙飞船和空间站等航天器任务,而且能够承接国际各类航天器发射业务。为保护环境,未来在海南岛发射场发射的火箭均为无毒无污染燃料,如用煤油和液氢推进剂替代原来有毒的偏二甲肼和四氧化二氮。同时,大火箭做到了通用化、系列化和组合化,大幅降低成本,使性价比优势更加突出,大大增强了国际发射市场上的竞争力。

  大火箭技术方案可用一个重点、两种动力和三个模块来概括。一个重点即以发展5米直径的大型火箭为重点;两种动力系统即用51吨推力液氢液氧发动机和128吨推力煤油液氧发动机两种新型动力系统;三个模块即以5米、3.35米和2.25米三种直径火箭为三个基本模块。通过模块化的选配组合,既可以减少工作量,又可形成六种高轨道和八种低轨道的新型火箭系列,来满足不同发射质量,以及近地轨道运载能力可全覆盖的需求,尤其是可发射20吨级载人空间站、大型空间望远镜和深空探测器,以及各种重型应用卫星等。

  2016年11月3日,长征五号大火箭在海南岛发射场首发成功。

  2017年4月20日,长征七号火箭发射天舟一号货运飞船成功,并与天宫二号空间实验室对接,实施“空中加油”。

  海南岛文昌新型发射场占地40平方公里,拥有两个发射工位、一个预留发射工位。由于海南发射场属于开放模式,任何一位游客只要在发射场附近占据一个制高点,就能十分清晰地观看到火箭升空的全过程。许多到现场观看过长五火箭和长七火箭发射壮景的游客,大呼过瘾,连连赞叹中国大火箭真牛。

  海南发射场的建成,是中国从航天大国向航天强国大步迈进的标志性成果。长征大型火箭的一次次腾飞,必将续写中国航天的新辉煌。

     
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长征火箭 刺破青天锷未残
新民晚报特稿/星期天夜光杯A24长征火箭
刺破青天锷未残
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