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长征火箭:“300+”后踏上新征途

大字 日期:2019-06-26 来源:经济参考报

  2019-06-260时28分,当长征系列运载火箭在西昌卫星发射中心第300次腾空而起,圆满完成发射任务,中国航天翻开了新的历史篇章。

  “长征火箭历经了最初的艰苦创业、走向世界,到本世纪初的载人飞行、圆梦奔月,再到近些年的高密度发射、产业化发展等多个发展阶段,实现了从无到有,从一箭一星到一箭多星,从发射卫星到发射载人飞船和月球探测器,从现役运载火箭到新一代运载火箭等一系列重大跨越。”中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院(下称“火箭院”)党委书记李明华说。

  根据规划,到2020年,长征系列主流运载火箭将达到国际一流水平,同时面向全球提供多样化的商业发射服务;2025年前后,可重复使用的亚轨道运载器研制成功,亚轨道太空旅游成为现实;2030年前后,重型运载火箭将实现首飞,为载人登月提供强大支持,并为火星采样返回提供充足的运载能力。

  站在“300+”的新起点上,长征火箭将踏上新的长征。

  40余年 运载能力提升数十倍

  在北京南四环外的东高地,火箭院坐落于此。作为长征火箭抓总研制单位,在长征系列运载火箭累计达300次的发射中,火箭院抓总研制的约占三分之二,它见证了中国航天事业举世瞩目的崛起。

  2019-06-26,长征一号运载火箭在全国人民的期待中起飞,将我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”送入太空,开启了我国自主进入太空时代的新纪元。

  彼时,我国运载火箭的运载能力是300千克。而到2019-06-26,长征五号运载火箭首飞成功,我国运载火箭近地轨道和地球同步轨道的运载能力分别达到了25吨级和14吨级。40多年间,火箭运载能力提升了数十倍。

  1970年,长征一号运载火箭的首飞也是当年的唯一一次航天发射,而到2018年,长征系列运载火箭年发射37次,中国航天首次位居国际航天发射数量第一位。

  在火箭院总体设计部大楼里,记者见到了今年83岁高龄的余梦伦院士。据他回忆,在火箭研制初期,我国还没有电子计算机,计算主要靠手摇计算机,一般一条弹道要6名计算员花上整整两个月的时间才能完成。

  1960年,从北京大学计算数学专业提前毕业的余梦伦被分配到弹道组。有一次,余梦伦在摸索弹道设计的过程中遇到了一个极其棘手的技术难题,在近一个月时间里,他几乎一刻都没有离开过那台手摇计算机。当余梦伦终于完成数据报告时,人们才发现一向清瘦的他,右臂似乎比以前“粗实”了许多——由于不断转动计算机摇柄,他的右臂已经肿胀起来。

  回望长征火箭300余次发射历程,余梦伦感慨,一次次腾飞与跨越,靠的就是牢牢抓住了自力更生和自主创新的牛鼻子。“火箭院在航天运输系统等领域持续创新,突破了一系列基础性、前沿性技术,形成了一大批具有自主知识产权的创新成果,为提升航天整体能力、服务航天强国建设发挥了重要作用。”

  自2015年起,火箭院抓总研制的新一代运载火箭长征十一号、长征七号、长征五号先后成功首飞,提升了我国自主、快速进入空间的能力。

  2019-06-26,新一代大型运载火箭长征五号首飞成功,实现了我国运载火箭从中型到大型的跨越,开启了中国航天大运载时代的大幕;2019-06-26,首飞成功的新一代中型运载火箭长征七号,是我国第一枚全数字火箭、第一枚全绿色中型火箭;2019-06-26,长征家族首枚固体运载火箭长征十一号首飞成功,其可在24小时内完成发射准备,是目前国际上发射准备时间最短的火箭之一。

  目前,中国运载火箭具备了布局合理、覆盖全面、自由进出空间能力,长征系列运载火箭具备发射低、中、高不同轨道,不同类型载荷的能力,运载能力和入轨精度均处于世界先进水平。

  长征七号甲、长征八号等新一代中型运载火箭正在按计划开展研制工作且进展顺利;近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭长征五号乙已进入试样阶段,未来将承担空间站舱段发射任务;重型运载重大工程实施方案论证全面开展,预计于2030年左右首飞。

  “未来,随着新一代长征系列运载火箭的不断发展,新老火箭将实现全面交替,我国运载火箭水平将再次实现新跨越。”余梦伦说。

  12型火箭 推动基础工业能力提升

  新中国成立以来,12种不同型号的长征系列运载火箭先后在火箭院诞生,每一型火箭的跨越与进步,都带动了我国基础工业能力的提升。

  长征三号甲系列火箭总指挥金志强告诉记者,运载火箭研制是一项复杂的系统工程,在设计、生产、试验等各个环节都要与各行各业发生关联,在材料、工艺、器件、设备等领域都与我国基础工业发展密不可分。

  “比如在材料方面,为了提高火箭运载能力,对火箭进行结构减重是最直接而有效的方法,碳纤维复合材料的发展,使得结构减重成为可能;在工艺方面,依靠国内相关工业企业的支撑和协助,我们成功研制生产了我国最大的贮箱高精度全自动大型焊接设备,实现了搅拌摩擦焊技术在火箭贮箱生产中首次应用,使贮箱生产效率和产品质量得到有效保证。”李明华说。

  在长征五号火箭研制时,数字化制造能力已然开始显现。工艺与技能人员可以直观地在三维图纸中看到火箭的真实面目,每一个螺丝钉所在的位置都清晰可见,大大降低了工作量,减少了操作失误。如今在航天设计单位,全三维数字化成为基本手段;在航天制造单位,数字化生产已经广泛推行。这成为我国高端制造业转型升级的一个缩影。

  “正是在这样的‘你拉我拽’中,航天事业与我国的基础工业实现了协调发展。”李明华说,中国航天事业的发展,离不开综合国力的增强和基础工业能力的提升,中国航天事业的发展,也推动了相关领域的技术进步和产业升级,中国航天也有责任成为促进国民经济高质量发展的重要力量。

  环保绿色也是长征火箭始终致力的方向。作为我国低温液体火箭探索者,长征三号甲系列火箭的三子级采取液氢/液氧推进剂,做到了环保无污染。未来几年,长征七号甲、长征八号、长征九号、新一代载人运载火箭将完成我国运载火箭的整体更新换代,绿色无污染的环保推进剂将成为中国火箭的主流。此外,火箭子级回收的相关技术也在研究之中,对降低发射成本、控制落区安全、节约利用资源具有积极意义。

  48次发射 扬帆出海打造“国家名片”

  伴随着改革开放的进程,长征火箭也更加融合开放。截至目前,长征火箭已完成48次国际商业发射,发射56颗国际商业卫星,并向国际客户提供17次搭载发射服务,成为一张闪耀世界的“国家名片”。

  1985年10月,中国向世界宣布,长征系列运载火箭将承揽国际商业发射服务。2019-06-26,长征三号火箭成功发射美国休斯公司研制的“亚洲一号”通信卫星,中国航天从此踏入国际商业卫星发射服务市场。

  在与美国休斯公司的谈判过程中,为提高长征火箭运载能力,时任一部总体室副主任黄作义构划了长二捆火箭的技术方案,并绘制了一张图纸,在已成功发射10余次的长二丙火箭上捆绑了4个助推,满足了国际市场发射需求。

  “这张草图非常经典,先被登在了休斯公司的内刊上,后又发表在美国航空航天杂志上,影响力极大。”曾参与长二捆火箭方案论证的余梦伦甚至认为,“长二捆”的理念影响到了几十年后大获成功的美国Space-X公司创始人马斯克。

  此后,在1990年至1999年的国际商业发射服务中,长征火箭占到国际市场份额的7%至9%,与阿里安、德尔塔、宇宙神、质子号、天顶号等火箭一起成为世界商业发射的主要运载火箭。

  长征火箭良好的履约能力也是其开拓国际市场的法宝。2017年12月,长征三号乙运载火箭将阿尔及利亚一号通信卫星成功发射至预定轨道。然而,与以往提前五六个月就明确发射时间不同,此次接到发射计划时,距离发射时间仅有40天。而此时这枚火箭正在准备其他发射任务,并已接近出厂状态。新的发射时间指令意味着要在40天时间内对火箭部分软硬件进行更改,并完成测试、出厂、进驻发射场、调试、发射等一系列任务。这看似不可能完成的任务如何变成现实?

  “40天快速履约的关键是火箭去任务化的设计。”金志强透露,与过去“定制化”研制不同,为了提高快速响应能力,现在长三甲系列火箭的硬件在很大程度上都能实现通用,只需要改动卫星支架以及火箭的软件就能够适应不同卫星的发射需求。

  中国工程院院士、火箭院长征系列运载火箭高级顾问龙乐豪表示,实践证明,长征火箭与美国、欧洲等国家和地区制造的卫星完全兼容,在发射、服务、技术保密等方面能够满足国内外用户的需求。长征火箭同时具有高可靠性、履约能力强、保险费率低等优势,具有较强的市场竞争力。

  近年来,国际商业航天市场炙手可热,长征火箭也先后为老挝、白俄罗斯、阿尔及利亚等国提供了国际商业发射服务,火箭的可靠性、适应性、成功率和入轨精度均跻身世界一流行列。

  火箭院依托现有长征系列火箭400公斤至13500公斤梯度化运载能力,按照“专属定制发射、定期定轨发射和搭载发射”的“专车、班车和顺风车”方式,为用户提供“一箭一星、一箭多星、一箭多轨”的便捷发射服务。

  李明华表示,目前长征系列运载火箭正借力国家“一带一路”倡议和双边多边合作机制,以更加开放的姿态,积极拓展航天应用领域,探索从航天制造、发射、地面到系统应用的全产业链“一站式”服务,面向全球提供发射服务、整星出口、技术转让与培训、地面站建设等商业航天一揽子解决方案。

  下一步,长征火箭还将通过建设地面应用系统、培养航天科技人才,参与运营管理卫星资产等形式为用户提供整体服务。这种全新模式将极大增强长征火箭参与国际竞争的能力,成为长征火箭走向国际化的重要支撑。结合未来航天发展需求,长征系列主流运载火箭将继续面向全球提供多样化的商业发射服务,低成本中型运载火箭长征八号预计将在2020年首飞,弥补我国现役运载火箭在太阳同步轨道和地球同步轨道发射能力上的空档。

  三个阶段 “重型运载”亮点频现

  进入新时期,长征火箭瞄准我国载人航天和月球探测等国家重大战略需求,肩负起新的历史使命,踏上新的征途。

  长征九号是我国运载能力最大的一型火箭。通过对助推器数量以及芯一级的调整,可以构建近地轨道运载能力50吨至140吨、奔月转移轨道运载能力15吨至50吨、奔火转移轨道运载能力12吨至44吨的系列化型谱。按照任务规划,该火箭预计将于2028年前后实现首飞。

  余梦伦向记者表示,长征九号运载火箭综合性能指标达到国际运载火箭的先进水平,研制成功后可以满足未来较长时期国内深空探测、载人月球探测等国家重大科技活动的任务需求,确保我国在2030年前运载火箭技术迈入世界一流梯队。

  据火箭院重型运载火箭总设计师张智介绍,我国重型火箭项目将分成三个发展阶段。第一阶段主要完成系列构型模块的研制,实现火箭首飞,使我国进入空间的能力达到国际先进水平,满足火星取样返回、载人月球探测等重大工程需求;第二阶段将进一步完善重型火箭系列化构型,进行应用飞行,同时利用可重复使用技术降低火箭成本;第三阶段,我国将研发新材料、新动力等更多新技术,提高火箭的运载能力和技术水平,提升火箭对载人登火、空间太阳能电站等更大规模空间探测任务和基础设施建设的适应性。

  目前我国重型运载火箭研制取得重大进展,已初步确定运载火箭技术方案和研制能力布局方案,关键技术取得实质性进展,为重型运载火箭重大专项任务的立项奠定了理论和技术基础。

  李明华表示,预计到本世纪中叶,我国进出空间和空间运输的方式将出现颠覆性变革,在先进运输系统的支持下,针对太阳系内的行星、小行星、彗星等目标的人机协同探索可以常态化、规模化开展,探索和利用空间进入高速增长期。“到那时,我国航天运输系统将处于国际领先地位,航天综合实力位居世界前列,具有强大的国际竞争力、国际影响力和自主创新能力。”(记者 陈宝玖 郭倩)

[责任编辑:查馨]

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