長(zhǎng)征七號(hào)的技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)計(jì)優(yōu)化

文/ 楊成

5月29日晚，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭從中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)啟程，將天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，成功接力中國(guó)空間站在軌建造第二棒。

按照空間站在軌建造任務(wù)規(guī)劃，今明兩年我國(guó)安排實(shí)施11次飛行任務(wù)。任務(wù)就像接力賽跑環(huán)環(huán)相扣，每發(fā)任務(wù)的成敗都將關(guān)乎中國(guó)空間站在軌建造計(jì)劃能否順利實(shí)施。

從“零窗口”到“窄窗口”

發(fā)射窗口是指允許火箭發(fā)射的時(shí)間范圍。對(duì)于常規(guī)的發(fā)射任務(wù)來(lái)說(shuō)，發(fā)射窗口要求比較寬泛，可能會(huì)以小時(shí)計(jì)，而對(duì)于一些特殊的任務(wù)，發(fā)射窗口要求就會(huì)特別苛刻，必須按照預(yù)先計(jì)算好的時(shí)間，分秒不差地點(diǎn)火升空，也就是“零窗口”。2017年長(zhǎng)七火箭發(fā)射天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船時(shí)，就是“零窗口”發(fā)射。

本次任務(wù)的重要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙的交會(huì)對(duì)接，而完美對(duì)接首先需要完美入軌。這就要求火箭必須將貨運(yùn)飛船精準(zhǔn)發(fā)射到天和核心艙所在的空間軌道面內(nèi)，以保證兩個(gè)航天器順利實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。

地球是以15度/小時(shí)的速度在自轉(zhuǎn)，如果火箭起飛時(shí)間偏離了發(fā)射窗口，將會(huì)使貨運(yùn)飛船錯(cuò)過(guò)空間站所在的軌道面，要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行軌道調(diào)整，進(jìn)而消耗更多推進(jìn)劑，甚至影響交會(huì)對(duì)接任務(wù)。

雖然已經(jīng)掌握了“零窗口”發(fā)射技術(shù)，但為了更好地提高火箭按時(shí)發(fā)射的能力，本次任務(wù)中，長(zhǎng)七火箭首次采用了自動(dòng)獲取起飛時(shí)間進(jìn)行入軌目標(biāo)參數(shù)在線迭代修正技術(shù)，將“零窗口”拓展為“窄窗口”發(fā)射，時(shí)間段為120秒。

長(zhǎng)七火箭試驗(yàn)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)01指揮員、主任設(shè)計(jì)師徐利杰解釋說(shuō)：“如果起飛時(shí)間的偏差在120秒以內(nèi)，火箭也可以自行修正飛行軌跡，保證貨運(yùn)飛船仍然能夠進(jìn)入核心艙所在的軌道面?！?/p>

130多項(xiàng)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

本次任務(wù)是長(zhǎng)七火箭的第3次發(fā)射，距離長(zhǎng)七遙二火箭發(fā)射已經(jīng)過(guò)去了4年時(shí)間。其間，技術(shù)團(tuán)隊(duì)開展了130多項(xiàng)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，使火箭性能更優(yōu)，更適應(yīng)批量生產(chǎn)和高密度發(fā)射的形勢(shì)。

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院12所測(cè)發(fā)控系統(tǒng)主管設(shè)計(jì)支晶介紹，本次任務(wù)中，在原長(zhǎng)七測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了通用設(shè)備改進(jìn)，使得一套地面設(shè)備就能滿足長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)A、長(zhǎng)征八號(hào)三型火箭的發(fā)射任務(wù)需求。如此一來(lái)，像火工品、等效器這樣的產(chǎn)品，只需要切換面板、轉(zhuǎn)接電纜，就能很快完成不同型號(hào)間的轉(zhuǎn)換。

此外，長(zhǎng)七遙三火箭身上還有許多不甚顯眼的“大改變”——拓寬了測(cè)控“高速公路”，應(yīng)用6Mbps高碼率Ka頻段天基測(cè)控技術(shù)，相比遙二火箭傳輸碼率提高約20倍；將助推和一級(jí)尾端、一級(jí)后過(guò)渡段由復(fù)合涂層改為普通涂層，既簡(jiǎn)化了施工工藝，又縮短了生產(chǎn)周期；優(yōu)化箭上測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，刪減了約1/3的箭上測(cè)點(diǎn)，減少研究性測(cè)量參數(shù)，測(cè)量系統(tǒng)單機(jī)數(shù)量減少近一半，不僅節(jié)省成本，也有助于提升部分關(guān)鍵參數(shù)的采樣精度。

“接班人”和“主力軍”

長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭是我國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭的基本型，以長(zhǎng)征七號(hào)火箭為基礎(chǔ)，衍生出具備高軌發(fā)射能力的長(zhǎng)征七號(hào)A火箭。隨著兩型火箭技術(shù)方案的完善和性能的穩(wěn)定，長(zhǎng)征七號(hào)系列火箭將逐步成為我國(guó)未來(lái)航天發(fā)射任務(wù)的“主力軍”，執(zhí)行更多的重大發(fā)射任務(wù)。

另外，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到14噸，論“力氣”，比傳統(tǒng)燃料的運(yùn)載火箭多出一半以上，因此它不僅可以實(shí)現(xiàn)大型有效載荷的發(fā)射任務(wù)，還可以搭配上面級(jí)或者二級(jí)采用多次啟動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)同步軌道大型有效載荷或多星組網(wǎng)發(fā)射。