【首飞四十周年

“金牌火箭”长二丙是如何炼成的】

2022年9月9日,长征二号丙运载火箭(以下简称“长二丙火箭”)迎来首飞40周年纪念日。

1982年9月9日,长二丙火箭在酒泉卫星发射中心首飞成功,将我国首颗应用型返回式卫星送入太空,并在随后的十年里包揽了我国所有返回式卫星的发射任务。

作为我国服役年限最长的火箭,长二丙火箭是如何诞生的?它在过去与现在经历了什么?“金牌火箭”的地位又是如何形成的?为了获知问题的答案,本报记者采访了来自中国运载火箭技术研究院(中国航天科技集团有限公司所属,以下简称“火箭院”)的长二丙火箭专家们。

从工程研制走向发射应用

为发射1500公斤重的返回式遥感卫星,1967年9月,我国明确研制更大运载能力的火箭——长征二号,由火箭院抓总。1975年11月26日,随着发射返回式卫星任务取得圆满成功,长征二号火箭从工程研制走向发射应用,我国后续各型常规液体运载火箭都以长征二号火箭为基础开展研制。

随着卫星功能的拓展,重量也逐渐增大,对火箭的运载能力提出了更高要求。于是,在中央有关部委的指示下,火箭院于1978年启动长征二号火箭的改进提升工作。1982年9月9日,改进后的火箭首飞任务取得圆满成功,并被命名为长二丙火箭。

据火箭院长二丙火箭总设计师杨建民介绍,长二丙系列运载火箭先后发展出5种构型,即长二丙两级状态基本型火箭以及衍生出的4种构型——长二丙/FP、长二丙/SM、长二丙/SMA和液体上面级长二丙/YZ-1S构型火箭。目前,长二丙系列火箭主要提供长二丙两级状态基本型和长二丙/YZ-1S构型。“其中,长二丙两级火箭的近地轨道运载能力为4600公斤,700公里太阳同步轨道的运载能力为1200公斤。长二丙/YZ-1S构型火箭则在两级状态基本型的基础上,增加一个三轴稳定的YZ-1S液体上面级,因此具备一箭多星的发射及星座部署能力。长二丙/YZ-1S构型火箭700公里太阳同步轨道的运载能力为2500公斤,地球同步转移轨道的运载能力为1000公斤。”杨建民说。

“金牌火箭”的影子无处不在

国内外航天发展历史表明,型号基本型直接影响型号系列几十年的发展。长二丙两级状态火箭是目前在役的以常温液体燃料为推进剂的长征系列火箭基本型,而其他状态的型号都是在此基础上增加助推器,或者增加低温三级、常温三级——用火箭院长二丙火箭总指挥马惠廷的话说,“在现有长征系列运载火箭的身上,都能很容易地找到长二丙火箭的影子”。

作为基本型火箭,一般要求火箭的构型简单且成熟,可以通过“上增下捆”来提高系列火箭的任务适应能力。“例如,给长二丙两级状态火箭增加助推器,是为了提高起飞推力;增加低温或常温三级,则与长二丙系列火箭中的固体、液体上面级相似,是为了提高运载火箭的入轨能力。”杨建民解释。

2018年10月9日,长二丙火箭和远征一号S上面级形成的新构型首飞获得圆满成功,将长二丙火箭700千米太阳同步轨道的运载能力从1200千克提升至2500千克。“该新构型火箭具备一箭多星发射及星座部署能力,进一步提升了火箭的任务适应性,提高了火箭发射的灵活性,实现了低成本高效益的目标。”马惠廷补充道。

搭建新技术探索验证平台

40年来,长二丙火箭始终坚持开拓创新,搭建起新技术探索验证平台,开展新技术的探索和应用,并将成果推广应用到多个型号,推动运载技术的改进升级。

长二丙火箭都进行了哪些新技术验证?来自火箭院的专家们列举出不少内容,包括:采用游机长时间滑行技术,大幅提升未新研究发动机状况下的运载能力;成功研制我国首个三轴稳定固体上面级构型火箭长二丙/FP,实现了铱星7次发射任务的圆满成功;大幅提升了火箭一子级残骸的落区安全性,拓展了火箭发射任务的适应性;飞行搭载验证了弹道在线重规划、新型热环境防护、高空风双向准实时风补偿、高空大气精确测量等一大批新技术……

为什么要用长二丙火箭来做这些新技术验证?马惠廷表示,长二丙火箭可靠性高、任务适应能力强、任务轨道丰富,且在内陆3个发射场均有发射任务,因此有利于新技术的原理可行性、工程有效性考核验证和后续推广应用。

作为我国近地轨道的主力军之一,长二丙火箭具有飞行子样多、可靠性高、发射周期短、运载能力适中的优点,因此承担着大量遥感类应用卫星、爱因斯坦探针和中法天文等科研卫星的发射,也承接了银河、时空道宇、四维等商业星座卫星的任务,预计“十四五”期间将保持年度10次以上的发射频率。

今后,长二丙火箭将持续提升任务适应性、飞行可靠性和响应效率。“当前我们正在开展卫星堆叠和分离、多星分离控制、飞行故障诊断与控制重构等新技术研究,持续深化子级落点精确控制与回收技术研究,并开展飞行搭载验证,以促进新技术的成熟和工程应用。”马惠廷表示。

来源:光明日报

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【#长二丙火箭创中国火箭服役年限最长纪录#】1982年9月9日长征二号丙火箭(简称长二丙火箭)在酒泉卫星发射中心首飞成功,将我国首颗应用型返回式卫星送入太空,并在随后的十年里包揽了我国所有返回式卫星的发射任务。截至2022年9月9日,长二丙火箭已服役四十周年,作为我国服役年限最长的火箭,“金牌火箭”长二丙火箭身上创下了诸多“第一”。

服役年限第一名的火箭

1975年11月26日,由中国运载火箭技术研究院抓总研制的长征二号火箭将我国第一颗返回式卫星准确地送入预定轨道,拉开我国常规液体推进剂火箭的帷幕。

为实现更重卫星的发射,型号队伍组织开展了长征二号火箭的改进设计。改型火箭近地轨道运载能力由1800公斤提高到2500公斤,可靠性同步大幅提升,因此另设“番号”——长征二号丙火箭。长二丙火箭首飞成功之后,便全面替代长征二号火箭执行发射任务,实现无缝升级。

自1982年9月9日成功首飞以来,长二丙火箭现已服役40周年,是我国目前服役时间最长的运载火箭。期间通过构型火箭、系统改进,持续推进可靠性提升和运载能力增长。当前长二丙火箭长约43米,一、二级和整流罩直径均为3.35米;起飞重量约242.5吨;2021年8月24日成功飞行的4.2米构型整流罩,已逐渐成为主力整流罩。

第一型荣获运载火箭“全国质量金质奖”的“金牌火箭”

1982年9月9日,在酒泉发射场,长征二号丙火箭(简称长二丙火箭)成功发射我国第4颗返回式卫星,完满完成首次发射任务。自此,长二丙火箭一路稳扎稳打,伴随中国航天事业“节节高”,创下了一个又一个的佳绩。

1987年,长二丙火箭在成功发射我国第 10颗返回式卫星后,被中国质量协会授予“全国质量金质奖”,是我国第一型荣获运载火箭“全国质量金质奖”的火箭。

此外,长二丙火箭自1982年首飞之后,截止1998年底的17次发射均圆满成功,因此被授予“优质长征二号丙运载火箭金牌”,是我国第一型“金牌火箭”。

用途范围第一名的火箭

我国以长二丙火箭为基础,后又研制出了带固体上面级的长征二号丙/FP、长二丙/SM、长二丙/SMA和带液体上面级的长二丙/YZ-1S构型火箭。长二丙及其改进型火箭是长征系列运载火箭中唯一同时具备发射近地轨道(LEO)、太阳同步轨道(SSO)、地球同步转移轨道(GTO)及大椭圆轨道卫星能力的运载火箭,发射方式有单星发射、串并联双星、并联三星发射、侧挂多星发射。因此长二丙及其改进型火箭是我国目前运用最灵活、用途最广泛的运载火箭。

“衍生”型号第一名的火箭

两级状态长二丙火箭是我国常规液体推进剂火箭的基石。在“下捆上改”的指引下,快速构建了我国常规液体推进剂火箭型谱,为我国宇航事业搭建好平台。

加上液氢液氧的三子级即衍生出长征三号火箭,用于发射地球同步轨道卫星,后续又衍生出长征三号甲、长征三号乙和长征三号丙系列火箭。

加上常规推进剂三子级,即衍生出长征四号火箭,用于发射太阳同步轨道卫星。

捆绑四枚同类型液体助推火箭,即衍生出长征二号E大推力运载火箭;进一步改进优化,则构建起我国空间站建设的“功臣、顶梁柱”——长征二号F火箭。

第一型涉足国际发射服务的火箭

我国的对外发射服务和技术合作在1985年就开始了。1985年,中国首次参加巴黎国际航空展览会,同法国公司签订了一份使用长二丙火箭在发射返回式卫星的同时,搭载法国公司微重力试验装置的合同。这后来被看作是中国航天首次进入国际商业发射市场的标志。

1987年11月,中国又和一家瑞典公司签订合同,明确使用长二丙火箭搭载发射瑞典公司的“FREJA号”科学试验卫星,这也是中国首次签订的卫星搭载发射服务合同;1992年10月6日,第十四颗返回式卫星发射任务中圆满完成搭载服务。可以说,长二丙火箭是我国第一型涉足国际发射服务的火箭。

实现我国空间探索第一次国际合作的火箭

2003年12月30日,长二丙/SM火箭在西昌卫星发射中心成功发射的探测1号卫星是“双星”计划中的第一颗卫星(赤道星)。地球空间双星探测计划是中国国家航天局与欧洲空间局的合作项目。长二丙/SM火箭的顺利升空,实现了我国空间探索的第一次国际合作。

当中国科学院提出与欧空局合作开发地球探测双星项目时,选择什么样的运载火箭是该项目的关键问题。长二丙火箭由于其辉煌的发射历史而被选中。根据卫星的工作轨道和姿态要求,长二丙火箭采用了全新设计的上面级。新型长二丙火箭不负众望,首次发射一举成功。

第一次将国产卫星发射到大椭圆轨道的火箭

长二丙/SM火箭成功地将探测1号卫星发射到了近地点550公里 、远地点 66970公里的预定卫星工作轨道,这是当时我国发射的工作轨道最高的一颗卫星。发射到这么高的轨道,需要火箭具有相当大的推力,不仅要将卫星送入轨道,还要将卫星的姿态调整到一定的位置。

长二丙/SM火箭采用长二丙加固体上面级,其一、二级将卫星与上面级送入停泊轨道;上面级与二级分离后,进行调姿、滑行、起旋,并在预定轨道变轨,使卫星进入轨道;上面级再消旋、调姿,使卫星的自旋轴垂直于黄道平面后,上面级再起旋至卫星要求转数,然后与卫星分离。

第一次与上面级联合执行发射任务的火箭

长二丙/SM火箭最突出的特点是研制了一个全新的上面级。该上面级采用自旋稳定的姿态控制方式,并针对自旋稳定的特点,完成了大角速率长寿命惯组、四重分集GPS接收机、大推力小偏差固体发动机等重要技术的研制。

与发射铱星的长二丙改火箭相比,长二丙SM构型火箭的主要技术改进有以下几个方面:第一,采用了全新设计的上面级结构,包括卫星支架、过渡支架、星箭分离包带装置、上面级分离包带装置;第二,研制了新的上面级固体发动机;第三,采用了新的上面级姿控发动机系统,能够满足上面级自旋稳定章动控制和三轴姿态控制的要求;第四,研制了新的上面级控制系统惯组,能够在长时间高转数旋转状态下保证姿态角的高精度测量;第五,上面级遥测系统能够满足上面级旋转状态下的测量需要。上面级的技术状态复杂,无论在高低温环境还是力学振动环境下,都要保持其稳定性和可靠性。在研制过程中,对技术状态变化、测试覆盖性、出厂验收情况和质量归零情况进行了严格的把关,使火箭的技术状态清楚、操作细则清楚、图纸文件清楚,保证了长二丙SM火箭第一次发射的圆满成功。

第一型在3个内陆发射场成功执行过任务的火箭

早在2003年,长二丙火箭就已经见识过戈壁胡杨、踏上过黄土高原、走进过横断山脉,在酒泉、太原、西昌发射场执行的发射任务均圆满完成,是我国第一型在内陆3个发射场都成功执行过任务的火箭。

不同发射场的塔架设备及与运载的接口关系、气候环境各不相同,要求火箭的适应性极高。高可靠性、高适应性是金牌火箭长二丙的代名词。

2022年4月30日到7月16日,长二丙火箭先后在酒泉、西昌、太原三个发射场圆满完成4次宇航发射任务,其中两次任务原计划是相隔一天发射。

第一型实现一子级受控再入的火箭

2019年7月26日,长二丙火箭在遥感三十号07组卫星发射任务中搭载验证了我国首个基于栅格舵的一子级再入控制技术。团队先后突破宽马赫数复杂包线的栅格舵再入子级气动设计与精确预示技术、高动态强气动耦合条件下的子级再入控制技术、大尺寸栅格舵锁定展开与传动技术、高集成度智能化电气设计技术等实现系统设计-搭载飞行一次成功,实际落点距离理论落点仅偏差1.9千米。装备后,一子级落点范围将缩小96%以上。

第一型实现整流罩带伞降落的火箭

2021年7月19日,长二丙火箭在西昌发射的遥感三十号第十组卫星任务中成功搭载验证了“整流罩再入控制用减速伞超音速开伞”,“整流罩落区控制”关键技术得到突破,破解了整流罩再入过程跨音速段结构极易解体的难题,首次实现我国运载火箭整流罩带伞降落。型号正在攻关的“整流罩落区控制技术”不仅将缩小整流罩落区面积缩小80%以上,更有望突破无损或轻损着陆、回收。

近年来,为更好地完成好高密度发射,长二丙火箭先后应用了弹道高空风双向修正及射前准实时二次补偿、主动减载控制、一级导引控制等技术,显著降低了飞行中的气动载荷,提高了飞行安全性和发射概率。2022年发射任务中,型号突破3秒内完成3个串联体分离的快速分离技术,实现了4个月从启动任务论证到完成发射的超短任务响应周期。

40年来,长二丙火箭在我国航天人的接续奋斗中,技术上不断创新完善,可靠性不断提高增长,达到了任务适应能力强、可靠性高、任务响应周期短的先进水平。

“越是成功越清醒,征途漫漫从头越。”长二丙火箭团队将始终保持对产品质量的敬畏之心,始终保持如履薄冰、如临深渊的风险意识,始终保持严慎细实的工作作风,不断深化改革,不断自主创新,为奋力建设新时代航天强国,为强军梦、中国梦提供强大且有力的支撑,为推动中华民族的伟大复兴做出新的更大的贡献。(环球时报-环球网报道 记者 樊巍 通讯员 陈奕君)


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