長征七號的技術創新與設計優化

文/ 楊成

5月29日晚，長征七號運載火箭從中國文昌航天發射場啟程，將天舟二號貨運飛船準確送入預定軌道，成功接力中國空間站在軌建造第二棒。

按照空間站在軌建造任務規劃，今明兩年我國安排實施11次飛行任務。任務就像接力賽跑環環相扣，每發任務的成敗都將關乎中國空間站在軌建造計劃能否順利實施。

從“零窗口”到“窄窗口”

發射窗口是指允許火箭發射的時間范圍。對于常規的發射任務來說，發射窗口要求比較寬泛，可能會以小時計，而對于一些特殊的任務，發射窗口要求就會特別苛刻，必須按照預先計算好的時間，分秒不差地點火升空，也就是“零窗口”。2017年長七火箭發射天舟一號貨運飛船時，就是“零窗口”發射。

本次任務的重要目標是實現天舟二號貨運飛船與天和核心艙的交會對接，而完美對接首先需要完美入軌。這就要求火箭必須將貨運飛船精準發射到天和核心艙所在的空間軌道面內，以保證兩個航天器順利實現交會對接。

地球是以15度/小時的速度在自轉，如果火箭起飛時間偏離了發射窗口，將會使貨運飛船錯過空間站所在的軌道面，要花費較長時間進行軌道調整，進而消耗更多推進劑，甚至影響交會對接任務。

雖然已經掌握了“零窗口”發射技術，但為了更好地提高火箭按時發射的能力，本次任務中，長七火箭首次采用了自動獲取起飛時間進行入軌目標參數在線迭代修正技術，將“零窗口”拓展為“窄窗口”發射，時間段為120秒。

長七火箭試驗隊現場01指揮員、主任設計師徐利杰解釋說：“如果起飛時間的偏差在120秒以內，火箭也可以自行修正飛行軌跡，保證貨運飛船仍然能夠進入核心艙所在的軌道面。”

130多項優化改進設計

本次任務是長七火箭的第3次發射，距離長七遙二火箭發射已經過去了4年時間。其間，技術團隊開展了130多項優化改進設計，使火箭性能更優，更適應批量生產和高密度發射的形勢。

中國運載火箭技術研究院12所測發控系統主管設計支晶介紹，本次任務中，在原長七測發控系統的基礎上，技術團隊進行了通用設備改進，使得一套地面設備就能滿足長征七號、長征七號A、長征八號三型火箭的發射任務需求。如此一來，像火工品、等效器這樣的產品，只需要切換面板、轉接電纜，就能很快完成不同型號間的轉換。

此外，長七遙三火箭身上還有許多不甚顯眼的“大改變”——拓寬了測控“高速公路”，應用6Mbps高碼率Ka頻段天基測控技術，相比遙二火箭傳輸碼率提高約20倍；將助推和一級尾端、一級后過渡段由復合涂層改為普通涂層，既簡化了施工工藝，又縮短了生產周期；優化箭上測量系統設計，刪減了約1/3的箭上測點，減少研究性測量參數，測量系統單機數量減少近一半，不僅節省成本，也有助于提升部分關鍵參數的采樣精度。

“接班人”和“主力軍”

長征七號運載火箭是我國新一代中型運載火箭的基本型，以長征七號火箭為基礎，衍生出具備高軌發射能力的長征七號A火箭。隨著兩型火箭技術方案的完善和性能的穩定，長征七號系列火箭將逐步成為我國未來航天發射任務的“主力軍”，執行更多的重大發射任務。

另外，長征七號運載火箭近地軌道運載能力達到14噸，論“力氣”，比傳統燃料的運載火箭多出一半以上，因此它不僅可以實現大型有效載荷的發射任務，還可以搭配上面級或者二級采用多次啟動技術，實現太陽同步軌道大型有效載荷或多星組網發射。