全力突破火箭發射的關鍵技術——“長征三號”火箭主任設計師李聃等談火箭研制

□ 本刊記者 徐 峰

記 者:發射“嫦娥二號”的運載火箭有什么新特點、新突破？

李 聃：我國探月工程分“繞、落、回”三步走，探月二期要完成的是落月，“嫦娥二號”的任務就是為后期的“嫦娥三號”、“嫦娥四號”在月球上著陸進行先期的關鍵技術驗證。對運載火箭來講，關鍵技術中有一項非常重要的就是地月轉移軌道發射技術。

以往我國的火箭運行軌道是近地軌道，“長征三號甲”系列火箭已經發射了32次，都是地球同步轉移軌道的發射。“嫦娥一號”也是“長征三號甲”火箭發射的，實際上是一個超地球同步轉移軌道。這次“長征三號”火箭要把“嫦娥二號”送入地月轉移軌道，就是近地點200公里、遠地點達到37-38萬公里的一個軌道，這是我國第一次進行這種軌道的發射。

這種軌道與以往發射軌道的區別就像打靶，以往發射的軌道是打固定靶，這次打的是一個移動靶，這就要求在確定的時間、確定的位置，把衛星送入確定的近月軌道。如果這里面有任何一個環節，比如時間、位置發生偏差，都可能導致嚴重的后果，使衛星無法進入軌道。這是最大的不同，是運載火箭系統承擔的最關鍵的一項技術攻關項目。為了完成這一任務，運載火箭系統承擔的主要工作就是確保設計質量正確，確保關鍵的、大型的地面試驗充分，確保運載火箭、探測器與測控系統、發射場系統等大系統的結合協調匹配。

我們在前期完成了運載火箭的設計，今年1月已通過了專項審查，表明“長征三號”火箭的設計狀態是正確受控的。在大型地面試驗方面，今年1月，“長征三號丙”火箭與“嫦娥二號”衛星順利完成了星箭對接試驗，驗證了“嫦娥二號”衛星和“長征三號丙”運載火箭的接口是匹配協調的。在今年5月，完成了“長征三號丙”火箭的出場測試，表明這枚火箭的技術狀態是受控的，設計是正確的，具備了出廠條件。隨后還進行出廠前的審查、質量歸零，進場以后還進行所謂“雙想”，看看后續工作中還會遇到什么困難，還有什么做得不到的地方。

“長征三號丙”火箭發射“嫦娥二號”衛星還有一點就是要確保準時發射。由于軌道的特殊性，對發射窗口的要求非常嚴格，一年中只有幾天能夠發射，所以確保準時發射非常關鍵。為了最大程度提高發射的可靠性，運載火箭系統采取了9項提高準確性的措施，既有火箭上的，也有地面設備的改進。

在“嫦娥二號”衛星發射前夕，中國運載火箭技術研究院的“長征三號”主任設計師李聃、211廠獨立測試系統副總師孫靖等接受本刊記者專訪，介紹了發射“嫦娥二號”的運載火箭“長征三號丙”的研制特點和新突破。他們表示，地月轉移軌道發射技術是這次“嫦娥二號”運載火箭的關鍵技術，我們要全力突破這一關鍵技術，保證實現成功發射、準確入軌的目標。

記 者:發射“嫦娥二號”和“嫦娥一號”的運載火箭具體有些什么差別？

李 聃：發射“嫦娥一號”的運載火箭是“長征三號甲”火箭，發射“嫦娥二號”的運載火箭是“長征三號丙”火箭，兩種火箭的區別主要是體現在外型和運載能力上。

它們都屬于“長征三號甲”系列火箭，“長征三號甲”系列火箭共有3種構型，包括“長征三號甲”、“長征三號乙”和“長征三號丙”火箭，采用了系列化和組合化的設計。“長征三號甲”系列火箭電氣系統的單機、發電機基本上可以通用，差別在于“長征三號乙”火箭是在“長征三號甲”火箭的基礎上捆綁了4個助推器，“長征三號丙”火箭是在“長征三號甲”的基礎上捆綁了2個助推器，這是外形上的區別。

“長征三號甲”火箭的標準地球同步轉移軌道運載能力是2600公斤。“長征三號乙”是我國目前最大的高軌道運載火箭，運載能力達到5500公斤。“長征三號丙”的運載能力達到3800公斤。為什么選擇“長征三號丙”火箭呢？主要因為“嫦娥二號”起飛重量是2480公斤，使用“長征三號丙”火箭足夠了。在后續的“嫦娥三號”、“嫦娥四號”等大型探測器發射時，會使用捆綁了4個助推器的火箭。

對于運載來講，“嫦娥一號”和“嫦娥二號”最大的不同，就是“嫦娥一號”是把衛星送入地球同步轉移軌道，“嫦娥二號”是把衛星送入地月轉移軌道。“嫦娥一號”的遠地點高度只有5100公里左右，“嫦娥二號”的遠地點高度接近38萬公里，達到了37萬公里左右。星箭分離點的高度差別不是太大，都是在近地點分離，大概在300公里左右，與以往的差不多。主要區別在于星箭入軌的速度，它決定了軌道的形狀，速度越大高度越高，因為所有需要的能量最后體現就是速度增量。所以星箭分離點的高度差別不太大，但分離點的速度差別很大，這個速度達到10.9公里/秒。

記 者:為了提高運載火箭發射的可靠性，在研制過程中采取了哪些重要措施？

李 聃：措施很多，舉個例子。因為“長征三號甲”系列火箭是我國現役的唯一的一枚液冷火箭，液氫的溫度非常低，是20K，也就是-253度，液氧是90K，也就是-183度。液冷推進器要在發射前7個小時開始加注，因為它蒸發得非常厲害，不斷汽化，要到發射前4分鐘才能完成推進器的加注。地面上有很多的連接器，包括氣路的、液路的，這些連接器和火箭上有一些接口，這些接口要在發射前依次退落下來。以往我們曾經出現過，如果環境濕度非常大，容易結露的話，在低溫的情況下就有可能在連接面上結冰，凍住以后再脫落就不太利索。嚴重的情況下，如果脫落不掉就沒有辦法發射了。針對這一問題，這次在“嫦娥二號”上就采取了一些改進措施。我們一共有9項增強可靠性的重大措施，都是很有針對性的，主要是針對火箭多次發射存在的一些薄弱環節，也針對地面設備存在的一些不穩定因素。

記 者:我們的航天發射幾乎是每發必成，似乎很容易，是這樣嗎？

李 聃:看到長征系列火箭連戰連捷，已經連續70多次成功，似乎很容易，其實所有工作人員都付出了十分艱巨的努力。對我們來講，每一次發射都是一次巨大的挑戰，都是如履薄冰、如臨深淵。因為運載火箭是一個復雜的大系統，有很多零部件、很多系統構成，每一個環節甚至是小到一個元器件的失效，都有可能導致火箭的飛行失誤。確保成功最主要的首先是靠質量保障體系。從根本上講，就是要求每個工作人員把他所承擔的工作做好，做到位，這才是確保成功的根本。比如說設計，我們得確保設計正確，生產線上要確保加工的產品尺寸合格，測試就得確保測試項目齊全，測試指標合格。大家必須是所有的工作都要完成得非常好，那么所有的工作集合起來才能有一個非常好的結果，任何一個環節出現缺失都可能留下隱患。

記 者:要使“長征三號丙”火箭發射的遠地點接近38萬公里，技術上有什么突破？

李 聃：技術突破還是地月轉移軌道發射技術，最大的差別體現在設計上，最后體現在火箭飛行控制的軟件上，我們要計算好很多參數。這種地月轉移軌道發射技術我們從來沒有做過，在世界上其實是一種主流的發射方式。“嫦娥一號”發射我們采取了世界上獨一份的發射方式，沒有人這么做過，從“嫦娥二號”到后續的“嫦娥三號”、“嫦娥四號”，我們都將采用這種世界上主流的發射技術。像美國和前蘇聯這些航天大國都采用這種比較主流的方式，不過能采用這種方式的國家還不多。

記 者:我國第一次采用這種技術，科研人員怎樣確保這么大的跨越？

李 聃：從火箭的彈道設計來說，有很多約束條件，第一個是有效載荷對發射軌道的要求。第二個就是“長征三號甲”火箭采用的是內陸發射場，這意味著火箭殘骸要落在我們的國土上，這是不能隨便落的，要落在我們劃定的范圍內。還有一條約束是測控。我國測控是靠地面測量站和海上測量船來完成的，火箭不能說想飛到哪里就飛到哪里，要和測控配合起來才能保證火箭飛行過程中的實時數據能夠收到。還有天氣的限制等等。對這些約束條件，彈道設計都要考慮到。

另外，對地月軌道來講，地球和月球的相對位置是在不斷變化的，彈道設計要設計出合適的彈道傾角、飛行程序角，彈道偏角，最后設計完體現的是大量的飛行數據。這個設計的約束條件就是每天地月的位置是不一樣的，我們入軌點位置也不一樣。這幾天的發射火箭的飛行距離會相差2000公里以上，這是最大的一個差別。以往的話，今天發射是這個位置，明天發射還是這個位置，現在約束條件變了，每天都在變，我們要適應這個每天都在變的情況，設計出一種合適的參數。

記 者:“長征三號丙”火箭在生產過程中是怎么樣保證質量的？

孫 靖：211廠是總裝的集成企業，有著悠久的歷史，今年正好建廠100周年。目前，211廠具備了以火箭的總裝總測技術、數控加工技術、特種加工技術和發動機制造技術、特別是低溫儲箱的制造技術為代表的綜合制造能力。

“長征三號甲”系列火箭是我國目前唯一的一種低溫運載火箭，211廠也是我國目前唯一的一家能夠制造低溫儲藏的企業。211廠在“嫦娥二號”任務中負責“長征三號丙”火箭的箭體結構、發動機以及火箭的總裝總測工作。

為了確保“長征三號丙”火箭的生產、總裝和測試質量，211廠做了一系列的工作：一是針對“嫦娥二號”的發射任務成立了專門的組織機構，主要為了保證火箭的生產制造，保證時間節點。二是開展了正向質量檢查，從開始生產制造就進行質量確認，在全過程中都以零缺陷理念為指導搞好質量保障。三是加強質量信息化，把生產過程中產生的所有數據進行數字化紀錄，形成數據包，有效保障信息的可靠性和正確性。四是開展產品生產的多媒體紀錄，就是用相機和攝像機把設計關注的、在操作時難以看到的部位拍攝下來，以便總裝完成后檢查。五是開展工藝精細化工作，確保生產過程中的所有工作都有量化標準，不僅僅是一些描述，避免因描述產生偏差。六是結合發射場工作環境和特點制定預案，并進行預案演練，使每個工作人員熟悉自己的崗位，保證按預定時間完成工作。七是提高獨立測試的能力，適應高密度發射的需要，也更好地保證工作質量。

“長征三號丙”火箭整流罩吊裝