“長七”出征！中國空間站在軌建造打響第二槍

◎ 董佳瑩 科技日報記者 付毅飛 崔爽

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，5月29日20時55分，搭載天舟二號貨運飛船的長征七號遙三運載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場準時點火發(fā)射，約604秒后，飛船與火箭成功分離，精確進入預定軌道，21時17分，太陽能帆板兩翼順利展開工作。發(fā)射取得圓滿成功。這是長征系列火箭的第371次發(fā)射。

拍攝 郭文彬

按照空間站在軌建造任務規(guī)劃，今明兩年我國將連續(xù)實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發(fā)射，4次貨運飛船發(fā)射及4次載人飛船發(fā)射。

“2年11次任務，環(huán)環(huán)相扣，就像接力賽跑，每發(fā)任務的成敗都將關乎中國空間站建造計劃能否順利實施?！遍L征七號運載火箭試驗隊現(xiàn)場01指揮員、主任設計師徐利杰說。

中國空間站“專屬列車”

長征七號遙三火箭發(fā)射天舟二號貨運飛船是空間站建造階段的第二次發(fā)射，首次實現(xiàn)與空間站的交會對接，是建造階段承上啟下的關鍵之戰(zhàn)。

本次任務將為空間站送去航天員在空間站上所需的生活用品，開展空間科學實驗以及天和核心艙補加的推進劑。

所謂“兵馬未動、糧草先行”，長征七號火箭作為空間站的唯一的“專屬列車”，任務和意義重大。

拍攝 屠海超

長征七號火箭是為了滿足中國空間站工程發(fā)射貨運飛船而研制的新一代中型運載火箭。貨運飛船作為向空間站及空間科學實驗室運送貨物和推進劑等物資的使者，被親切地稱為太空中的“專屬列車”。

2017年4月，長征七號遙二火箭成功將我國第一艘貨運飛船天舟一號送入預定軌道。時隔四年，長征七號火箭將天舟二號貨運飛船送入太空。

四年間，型號隊伍開展了大量的優(yōu)化改進設計，不僅實現(xiàn)了從“零窗口”到“窄窗口”發(fā)射的技術跨越，還通過簡化、優(yōu)化箭上測量系統(tǒng)、優(yōu)化貯箱增壓設計等130余項改進，使火箭更加經濟、可靠，更有利于批生產和高密度發(fā)射。

之后，天舟二號將與在軌運行的天和核心艙進行對接，完成燃料和物資的輸送，為后續(xù)載人飛船的發(fā)射奠定基礎。

火箭適應性不斷提升

據(jù)介紹，本次發(fā)射任務與其他發(fā)射任務最大區(qū)別是交會對接的需求。

為了提高火箭的任務適應性，長征七號遙三火箭采用了自動獲取起飛時間進行入軌目標參數(shù)在線迭代修正技術，實現(xiàn)了從“零窗口”到“窄窗口”的技術跨越。

火箭院長征七號運載火箭試驗隊現(xiàn)場01指揮員、主任設計師徐利杰介紹，發(fā)射窗口是指允許火箭發(fā)射的時間范圍，在我國以往大部分航天發(fā)射任務中，發(fā)射窗口都是在一個時間段內。但由于本次發(fā)射任務要實現(xiàn)貨運飛船與天和核心艙的交會對接，需要將貨運飛船發(fā)射到天和核心艙所在的空間軌道面，這樣才能保證兩個航天器順利“牽手”，這就要求火箭必須按照預先計算好的時間，分秒不差的點火升空，也就是常說的“零窗口”。

而長征七號火箭作為低溫火箭，與常規(guī)火箭相比，還面臨低溫推進劑加注問題和復雜的發(fā)射前流程。因此，要實現(xiàn)“零窗口”發(fā)射，難度更大。

拍攝 郭文彬

“發(fā)射前4分鐘內，要連續(xù)完成10多個關鍵動作，比如貯箱增壓、管路排空、連接器脫落、擺桿擺開等一系列復雜動作，哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都會影響“零窗口”發(fā)射?！毙炖芙榻B。在長征七號遙二火箭發(fā)射天舟一號貨運飛船時，就實現(xiàn)了“零窗口”發(fā)射。

雖然已經具備了“零窗口”發(fā)射技術，但是為了更好的適應故障情況，提高火箭按時發(fā)射的能力，型號隊伍在長征七號運載火箭上首次采用自動獲取起飛時間進行入軌目標參數(shù)在線迭代修正技術，對飛行彈道、落點等進行評估，并分析不同工況、不同起飛時間對入軌精度和運載能力的影響，通過大量的數(shù)字和半實物仿真，最終將精確到秒的“零窗口”拓展為兩分鐘的“窄窗口”。

也就是說，如果火箭起飛時間的偏差在兩分鐘以內，火箭就可以根據(jù)起飛時間自行修正飛行軌跡，保證貨運飛船仍然能夠進入核心艙所在的軌道面，提升了長七火箭對發(fā)射任務的適應性。

這位“大力士”智能又環(huán)保

載人空間站升空后，航天員要在空間站長期駐守，吃、穿、用乃至呼吸所需的物資，都要由貨運飛船及時送到空間站；空間站維持正確軌道所需的燃料也靠貨運飛船送。要把載有大批物資的貨運飛船按時送入太空，就必須有“力氣”大、可靠性高的運載火箭。長征七號運載火箭就能滿足這些需求。

拍攝 楊熙

長七火箭是我國新一代中型運載火箭。論“力氣”，長七火箭近地軌道運載能力達到13.5噸，比采用傳統(tǒng)燃料的運載火箭多出一半以上。這主要得益于綠色、高能的液氧、煤油燃料和新一代大推力液氧煤油發(fā)動機。其中，芯一級和助推器上的6臺液氧煤油發(fā)動機可提供超過700噸的起飛推力。

為滿足中國載人空間站工程發(fā)射貨運飛船和未來載人運載火箭更新?lián)Q代的需求，研制人員還將長七火箭打造成了全數(shù)字化控制火箭。

擁有了基于多余度總線的全數(shù)字控制系統(tǒng)，相當于為“專屬列車”的“大腦”插上了智能翅膀，也使火箭的可靠性得到大幅提高。

據(jù)了解，“長七”火箭的設計可靠性達到0.98，國內領先，世界一流。它不僅能在8級大風中轉場，還能在雨中發(fā)射，不管“風吹雨打”，都能送載荷精準入軌。

另外，“長七”火箭也很環(huán)保。它采用我國具有自主知識產權的兩種新型液氧煤油發(fā)動機，煤油的不充分燃燒產生的顆粒和水蒸氣混合凝結產生白色煙霧，較常規(guī)推進劑比沖提高20%，推力提高了60%。

“長七”是為滿足載人空間站工程發(fā)射貨運飛船而研制的新一代中型運載火箭，除了空間站建造階段2年4次發(fā)射任務之外，后續(xù)進入到空間站運營階段，將每年保持在2次發(fā)射的當量。

它未來不僅可以滿足我國載人空間站工程發(fā)射貨運飛船的需求，還將承擔中國航天多種類型的發(fā)射任務，肩負起長征火箭技術進步和更新?lián)Q代的歷史重任。

來源：科技日報