航天科技集团长征二号丁运载火箭不断刷新纪录的背后

文章来源:中国航天报 发布时间:2023-06-25

6月15日13时30分,由航天科技集团八院研制的长征二号丁运载火箭成功发射41颗卫星,再次,刷新了我国航天单次发射卫星数量最多的纪录。

2022年,长二丁火箭圆满完成了15次发射任务,创下了国内单一型号年度发射次数的新纪录。一直走在前列,长二丁火箭的奋斗经验能否被借鉴?

敢于不断挑战极限

“因为之前奠定了良好的合作基础,客户对我们比较信任,所以这次的整箭任务也找到了我们。”长二丁火箭总设计师李建强坦言,“41颗卫星,确实是一次不小的挑战。”

在有限的整流罩空间里,如何合理布局?

有多少“乘客”,就需要多少“座椅”,但“座椅”的重量不容小觑。如果使用传统的圆盘平台搭载方式,圆盘层数越多,留给卫星使用的运载能力就越少,所以这种串联方案被设计人员果断否掉。

坐得下,还不能挤。根据卫星静态安全间隙最小也要在100毫米以上的要求,设计人员经过多次探索,最终确定使用中心承力桶加锥形支架的搭载方式。设计人员在中心承力桶下方的锥形支架上安装3颗卫星,其余38颗卫星则以6层7列的布局安装在中心承力桶侧壁,有效利用整流罩内空间包络。

如何确保41颗卫星的“乘坐体验”,并安全“下车”?

首先,卫星坐在4米高的中心承力桶周围,能不能受得了振动冲击。为此,设计人员根据卫星方提供的卫星模型,做了两轮星箭耦合分析。过程中,设计人员对4颗振动响应过大的卫星支座做了优化改进,确保在飞行过程中卫星是“舒适”的。

其次,他们还要考虑卫星安全“下车”后的短期分离安全性、长期在轨安全性。设计人员纷纷提出了想法和顾虑:“天女散花”——短期内可以安全分离出去,但长期在轨可能会发生碰撞;“层层姿态机动分离”——分离时间过长,地面测控时间不够用;“层层刹车式分离”——每分一组卫星,火箭都会往后退一步,可以确保分离的安全性,但这对总体分离专业和控制系统的设计提出了更高要求。

最终,最后一种方式“竞标成功”。同时,此方案也对操作人员提出了更大的挑战。

保持“鲜活”的秘籍

随着国内航天事业的不断发展,竞争者如雨后春笋般层出不穷。显然,“不进则退”已经不符合当下的竞争状态,现实的情况往往是“不进则死”。激烈的竞争中,如何继续走在前列?

“勇于接纳新事物、新技术,不断抽丝剥茧般的自我革新。”是李建强给出的答案。

创新,从一开始就是长二丁火箭的使命。

诞生之初,八院给长二丁火箭的定位是“新技术验证平台”。消化新技术,意味着要有不断试错的勇气。

“说到底还是靠人,更多的还是靠年轻人。”李建强说道,我们团队的骨干偏年轻化,大部分主任设计师都是85后甚至是90后。

在李建强的书桌上,堆叠着几本专业书。工作结束回到房间,他总是会再次翻开书本。

不断学习,是李建强对自己的要求,更是对年轻人的要求。“年轻人一定要有自己的想法,不要停下学习和钻研的脚步,早日成为‘行家里手’。”他说。

作为型号总师,李建强不会轻易否定年轻人的想法。“年轻人需要更多的成长空间和包容度。”他说,年轻人很多看似“天马行空”的想法不一定没道理,一味打击他们的积极性,就等同于毁掉了型号的活力源头。

支撑长二丁火箭保持“鲜活”的背后,是这群向上的年轻人。李建强也总是笑着鼓励大家:“不想当总师的设计师,不是好设计师。”

有敢啃“硬骨头”的底气

一箭41星的成功,再次证明了长二丁火箭的能力。同时,期待的目光也随之而来。

“搭载数量的突破,主要受限于火箭的运载能力。”李建强表示。

此次,火箭所使用的是直径为3.8米的整流罩,但实际上长二丁火箭最大的整流罩直径为4.2米。更大的空间意味着只要在运载能力之内,单颗卫星重量越轻,能坐下的“乘客”就越多。

经过这一次41星的实际飞行验证,也让设计人员对一箭多星的星箭分离安全性有了更大的把握,也想再做点新的尝试。

如果卫星仅通过适配器由火箭释放入轨,意味着有多少颗卫星,火箭上就需要配备多少个分离机构,还需要增加设备,确保控制通路、测量通路足够多。

为了增加搭载数量,国外曾在入轨方式上做过很多尝试,例如可以将卫星装在Orbiter轨道转移部署器上入轨。李建强说:“我们也正在对此类卫星轨道部署器开展相关课题研究,这种部署器具有姿态稳定功能、控制功能,还能进行分离数据的测量,可以根据需求选择在轨一段时间后再进行释放,可以极大降低发射成本。”

从未停下技术革新的脚步,不断提高可靠性、任务适应性,是长二丁火箭敢啃“硬骨头”的底气。

经年累月,长二丁火箭功绩卓越,树立起多个“型号之最”的丰碑,而现实也给长二丁火箭抛出了新的困扰:作为现役常规推进剂火箭,面临着后续如何发展和更新换代的问题。

“未来,长二丁火箭会继续高质量、高效益地承担更多发射任务。同时,我们也将积极开展第四代可重复使用火箭的论证和研制工作。”李建强表示。(王乐天)