在航天发射的竞技场中,人们对“运载火箭”的期待早已突破了“载荷投送”的基础功能,反而更关注其作为空间任务核心载体的综合能力。对于选择长征系列运载火箭的用户而言,对它们的期许或许可归纳为——
技术指标再突破一点、运载能力再提升一点、制导精度再提升一点、动力系统再强劲一点、发射成本再压缩一点……
所有都是“一点”,但这恰恰就是最难把握的“一点”。
5月29日,长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心起飞,将天问二号探测器精准送入预定轨道,开启了小行星探测之旅。面对“既要高可靠,又要强性能”的航天工程任务挑战,长三乙火箭凭借其成熟稳定的技术体系给出了最优解。
可靠:成熟火箭的底气
截至目前,长三乙火箭已执行109次发射任务,这个被称为“劳模”的火箭,用平均每年10次以上的高密度发射节奏,托举起国家重大航天工程的“半壁江山”。从北斗卫星的全球组网到高分系列的对地观测,从38万公里外的嫦娥探月到数千万公里深空的小行星探测,其任务清单涵盖了中国航天的许多标志性工程。
“天问二号选择它,本质上也是一种技术传承的选择,过去能成功,这次也能成。”航天科技集团一院陈闽慷表示,为了打赢这场“硬仗”,长三乙火箭在执行天问二号任务时,沿用了探月工程验证过的核心配置:火工品、阀门等关键部件均采用经嫦娥任务验证的成熟产品,火箭内部技术状态保持“零新增改动”,仅针对探测器与火箭的接口完成适应性调整。
硬件方面更是“优中选优”。燃料储罐、传感器等关键部件全部经过严格筛选,连整流罩也换上了4米直径的“加大版”,只为给探测器腾出更多空间。
这些改进并非临时起意,团队提前策划了多项技术调整,并在此前15次发射中反复验证长三乙火箭的可靠性。
“每一次发射都是对成熟技术的再校准,我们要在‘稳’与‘变’之间找到平衡。”航天科技集团一院张亦朴说,这种“用成熟技术打硬仗”的策略,不仅可以节省研发成本,还可以最大限度内降低风险,这恰恰也体现了中国航天的智慧:用最可靠的方案托举最前沿的梦想。
准时:决胜“4分钟”
“保证连续3天每天都有窗口可以发射,每天只有4分钟,是工程总体对天问二号任务提出的发射要求。”张亦朴介绍,在实际任务中,团队瞄准的是“零窗口”发射(即最佳理论发射时刻),并围绕该时刻预留了弹性调整空间。
4分钟,一场足球比赛补时阶段裁判举牌确认的最后时限,成为了决定这次任务成败的关键。
这种“窄窗口”甚至“零窗口”压力直接渗透到火箭控制系统。常规卫星发射若错过窗口,还有多个备用窗口可以选择,而深空探测受天体运行规律限制,若错过窗口后则可能需等待数月才能再次发射。
针对连续3天的发射窗口,研制团队将原本每天1套、共计3套的火箭飞行程序,简化为一套程序,进一步提高火箭可靠性和任务适应性。同时,长三乙火箭采用的“惯导+卫星制导”双惯组制导技术,可以确保探测器准确进入预定轨道。这种快速应变机制,与我国探月工程中应对窄窗口的经验一脉相承。
准时能力的背后,还有火箭产能体系化的支撑。此前针对高密度发射任务形势需要,研制团队提出了组批生产管理模式,通过系统综合试验、火箭总装和出厂测试并行开展,实施滚动出厂发射,实现流水线式柔性作业的运载火箭批生产。
精准:毫厘之功定乾坤
准时点火只是开始,精准入轨才是成功。在采访过程中,张亦朴在纸上画了两条截然不同的曲线:一条闭合的椭圆,一条无限延伸的双曲线。
“卫星绕着地球转,就像小孩拽着绳子跑圈,速度不够快时总被‘拉’回来;但当你拼命加速到绳子断裂的临界点,探测器就成了断线的风筝,永远飞向深空。”张亦朴解释,这一临界点,就是第二宇宙速度11.2公里/秒。
常规卫星轨道只需第一宇宙速度(7.9公里/秒),航天器像钟摆般在近地点(如200公里)与远地点(如40万公里的接近月球轨道)间周期性摆动。
而天问二号的逃逸轨道更像一支出弓的箭,火箭必须在1100秒内将探测器加速到11.6公里/秒,且分离时的速度偏差不能超过1米/秒。这样的入轨精度,就好比在上海投出一个篮球,要投中位于北京的篮筐,还要保证篮球入筐时的飞行角度和速度。
“‘投中篮筐’的关键,就在于发动机关机后的末速修正段。”张亦朴表示,火箭在飞行过程中,当末级发动机关机后,推进剂管路中残留的燃料仍会产生少量推力偏差。为此,研制团队在采用迭代制导技术的基础上,还运用了末速修正技术,在分离前实时调整火箭的速度、姿态等,让探测器精准踏上星际征程。
如今,这套经过嫦娥系列任务验证的设计体系,正在向更远的深空延伸。当火箭末级与探测器分离后,它将以无控状态飘向太阳系深处,没人知道它最终会抵达哪里,但中国航天的答案始终清晰:在稳健与创新的平衡中,持续拓展人类探索宇宙的边界。
(邓雨楠)