“嫦娥男友”長三丙運載火箭研制背后的故事

　　中新網10月1日電 10月1日，嫦娥二號繞月探測衛星在西昌衛星發射中心隨“長三丙”運載火箭發射升空，踏上奔月征程。在長征三號甲系列運載火箭發射記錄中，如今已經創下連續發射35次的戰績。

　　2007年10月24日，“長三甲”親自上陣，將嫦娥一號繞月探測衛星送入大橢圓調相軌道，圓滿完成了歷史使命。時隔三年，要完成把“嫦娥二號”送入奔月軌道的重任，應該落到“哥仨”誰的身上呢？

　　經過嚴密的方案論證和激烈的專家討論，長征三號丙運載火箭最終被確定用來執行“嫦娥二號”的發射任務。在長征三號甲系列運載火箭的家族中，論資歷，“長三丙”不是最高的；論載重，它也不是最大的。這讓人不禁滿腹疑惑：“長三丙”究竟有怎樣的優越之處，才得以越過兩位“兄長”搶得頭銜，擔此重任的呢。

　　不妨先來看看“長三甲運載火箭家族”中兩位“兄長”的赫赫戰功：“老大”長三甲火箭是執行任務最多、成功率最高的記錄保持者，已經成功將18顆衛星送入預定軌道，擁有著驕人的戰績；相較之下，“老二”長三乙火箭雖然閱歷少了點，但卻是目前國內推力最大的火箭，高軌衛星的載重量達到55噸，讓其他系列的火箭都望塵莫及。而長三丙火箭在2008年上半年才實現首飛，“嫦娥二號”的發射也不過是它的第五次飛行。

　　那么在如此艱巨的任務中，為什么會讓初出茅廬的“小弟”披甲上陣？

　　“選擇‘長三丙’，是最穩妥、最經濟也是最合適的方案。”中國航天科技集團公司一院一部11室副主任、長三甲系列火箭總體主任設計師劉建忠一語中的。

　　眾所周知，嫦娥一號繞月探測衛星的發射任務是由“長三甲”完成的。一方面是因為“長三甲”可靠性高、成功率高，能夠保證任務的圓滿完成。另一方面考慮到嫦娥一號繞月探測衛星的運行軌道采用的是調相軌道，高度相對較低，而且載重需求不大，“長三甲”完全能夠滿足嫦娥一號衛星發射的技術要求。

　　而“嫦娥二號”作為繞月探測二期工程的先導星，這就決定了此次發射任務承擔著為繞月探測二期工程中的關鍵技術進行驗證的使命，包括將衛星直接送入地月轉移軌道，并實施軌道控制和修正策略，驗證近月制動技術，驗證測控系統以及二期工程將要在衛星上安裝使用星上關鍵設備等。再加上“嫦娥二號”的重量達到2480公斤，無論是從軌道參數等技術要求還是從載重要求來說，“長三甲”都難以擔此重任。

　　而“長三乙”的載重量對于嫦娥二號衛星的發射任務而言，又是一種浪費。在綜合了技術方面的新要求和保證經濟性、節約經費開支的雙重考慮之后，“嫦娥二號”的發射任務才正式交付到“長三丙”的身上。正如龍樂豪院士的形象比喻一樣：“老三”的運載能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它發射“嫦娥二號”一點不“浪費”。

　　受任伊始，“長三丙”就面臨著兩項嚴峻的技術挑戰：一是地月轉移軌道設計和多窗口發射技術；二是準時發射技術，提高火箭的可靠性。這就決定了“長三丙”絕不僅僅是“老大”“老二”的技術復制品，而必須要有技術創新和改進。面對兩大技術考驗，火箭研發團隊并沒有退縮，而是迎難而上，針對難題，各個擊破。

　　周天帥是中國航天科技集團公司一院一部的軌道主管設計師，為了設計出合理科學的地月轉移軌道，他先后查閱和學習了上百篇相關文獻，彈道設計的模型推導一推就是數十頁，軟件一編就近萬行，彈道仿真計算優化設計至少也有幾千條……他依靠豐富的彈道計算經驗，精確地選定了運載火箭的變軌時機；又通過大量的模擬打靶試驗，對“嫦娥二號”的入軌精度和推進劑剩余量進行了穩妥可靠的分析，一步步完成了每一個設計過程，攻破了每一個技術問題，將火箭的每一條軌跡都做到完美，并最終確定了最符合工程實際的發射軌道。橫亙在長三丙火箭研制團隊面前的一大技術難題迎刃而解。

　　“準時發射難”一直是低溫火箭一個固有的問題，而“長三丙”三子級采用的推進劑是液氫液氧，正好也排在低溫火箭的行列之中，準時性很難保證。“長三丙”的發射前操作非常復雜，而且容易出現很多意想不到的問題，而無論是排除故障的過程還是更換產品備份的過程都將耗費大量時間，從而有可能錯過發射窗口，延誤發射時機。因此，為了保證準時發射，使“嫦娥二號”能夠在35分鐘的窗口內發射成功，研發團隊對可能會影響火箭準時發射的產品和環節都一一進行技術改進和創新，采取各種可靠性措施。

　　針對箭體“出汗”的問題，長三丙火箭研發團隊采取了防結露措施。好比大熱天在水杯里倒入一杯冰水，杯壁上會“出汗”一樣，當發射場天氣炎熱、氣溫較高時，如果將推進劑加入到箭體內，在箭體的表面和內部如尾艙等處就會凝結出水珠，如同遭了一場秋晨的露水。而這些小小的水珠往往會造成不可估量的后果，導致艙段內電子器件的損壞、傳感器失效、電路漏電等連鎖反應，最終影響到發射任務的順利進行。針對這一問題，研發團隊努力攻關，對進箭口連接方式進行改進設計，極大地提高了防結露的效果。不管再熱的天兒，箭體內部也不會“大汗淋漓”，有效地保證了箭體尾艙內的設備完好無損。

　　另一項提高可靠性的措施是推進劑利用系統冗余設計改進。利用系統的傳感器采用“雙點雙線”的新型設計，消除單點環節，以確保推進劑得到有效使用，確保了火箭的運載能力。

　　動力測控故障診斷系統是為了確保準時發射而采取的另一個技術創新和改進系統。這一智能系統預先設定了可能出現的所有故障模式以及相應的應對措施。動力測控故障診斷系統就像一位“火箭醫生”，一旦火箭在測試發射時出現了異常，便可立即進行故障定位，第一時間診斷出“病因”所在，并對癥下藥提供對應的診斷措施，在短時間內完成排故過程。而隨著經驗的不斷累積，這位“火箭醫生”的病例也會越來越豐富，給予排故指導的范圍也就越來越大。它不僅保障了“長三丙”的準時發射，也必將為后續的火箭發射任務保駕護航，持續利用的價值很大。

　　除了以上三項技術創新和改進，長三丙火箭研發團隊還實現了起飛觸點冗余措施、連接器脫落措施、地面向箭體增壓改進措施等總共9大項的技術改進措施。研發團隊從產品自身的改進和預案的完善、制定兩方面保證了準時發射，成功破解了長三丙火箭所面臨的第二個技術難題。(宋麗芳 劉斐)