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长三甲系列火箭第100次发射成功:将北斗三号IGSO卫星送入轨
2019-04-21 07:22:19  出处:新浪科技  作者:王涑 编辑:万南   点击可以复制本篇文章的标题和链接

北京时间4月20日晚22时41分,长征三号乙遥三十运载火箭在西昌卫星发射中心将北斗三号IGSO卫星成功送入预定轨道。

这次发射创造了中国航天史上又一项纪录:长三乙和“哥哥”长征三号甲(简称“长三甲”)、“弟弟”长征三号丙(简称“长三丙”)组成的长征三号甲系列火箭共完成100次发射,成为我国第一个发射任务次数过百的单一系列火箭。

这是一次里程碑式的发射,也是长三甲系列火箭以及中国航天人新的起点。

长征娇子创新担大任

就在一个月零10天前,长三乙这枚“劳模”火箭完成了中国航天史上第300次发射,而今它又成为国内外关注的焦点。

发射成功后,中国航天科技集团一院长三甲系列火箭首任总设计师兼总指挥、中国工程院院士龙乐豪感慨万千,他用“长征娇子创新担大任”总结了长三甲系列火箭过去25年的发展历程。“在长征系列火箭中,不论是从设计之初的顶层规划及总体技术方案的前瞻性、全局性、适应性,还是从技术先进性,以及所承担任务的重要性方面来说,长三甲系列火箭都是当之无愧的佼佼者,说它是‘娇子’并不为过。”龙乐豪说。

长三甲系列火箭设计方案始终贯彻了“系列化、组合化、通用化”的“三化”设计思想,长三甲、长三乙、长三丙作为一组系列火箭进行模块化、组合化与整体化优化设计,确定了以长三甲火箭为基本型的发展模式。随着技术的不断进步并适应不同用户需要,长征三号甲系列运载火箭构型从3种衍生至11种,大部分产品技术状态基本稳定可实现批量化生产,产品的成熟度也在不断提升,目前绝大部分配套产品成熟度达到5级,部分产品成熟度达到6级。

长三甲火箭是在长征三号火箭的基础上采用重新设计第三级形成的大型三级低温液体火箭,全长52.52米,一、二子级直径3.35米,三子级直径3.0米,GTO的运载能力达到2.6吨;在长三甲火箭的芯一级捆绑四个2.25米的助推器就派生出了长三乙火箭,它全长54.838米,GTO轨道运载能力可达到5.2吨,运载能力当时位居世界第二位;在长三甲火箭的基础上捆绑两个2.25米助推器,又组合成长三丙火箭,GTO轨道运载能力可达到3.8吨。

“三化设计”的发展理念对长三甲及其发展型火箭的形成和大型火箭的发展规划起到了重要的指导作用。长三甲系列火箭共同构成了我国高轨道运载能力最大、适应性最强的运载火箭系列,其运载能力可以覆盖世界绝大多数应用卫星的质量,不仅显著地增强了我国商业火箭在国际卫星发射服务市场上的竞争能力,也为我国未来航天事业的发展创造了良好条件。为了高密度设计、生产和发射的现状,长三甲系列火箭研制团队确立了以发射计划为主线,技术、进度、质量全面支撑的整体框架。

长三甲系列火箭研制生产能力从一年2~3枚提高到8~10枚,发射周期从60天减到21天,每次执行发射任务的队伍从300人降到150人。长三甲系列火箭是国内首次开展组批生产和使用双工位交叉并行综合试验、总装和出厂测试的运载火箭,也是首次实现一支队伍在发射场同时开展两枚火箭测试发射工作的运载火箭。通过压缩发射队伍规模,优化发射场测试发射流程,实施远程快速协同设计,交叉并行作业,规范发射场管理程序,利用网络资源,提高整个型号队伍的工作效率等,确保了一支队伍同时承担两枚发射任务的工作有序开展。

关键技术先进可靠

20多年的60次发射,长征三号甲系列运载火箭无论从技术、管理、研制生产能力和各项保障上都发生了巨大的变化,创造了许多首次,不断地刷新自身的纪录。

为使系列火箭的总体技术性能达到国际一流水平,设计人员在继承成熟技术的同时,在设计中采用了60%-70%的新技术。其中重要的共108项,重要技术创新项目22项,重大关键技术项目四项,即:YF-75氢氧发动机,是重新设计用于三级的氢氧发动机,在研制过程中遇到氢氧涡轮泵端面密封、螺旋管束式大喷管成型工艺多项技术难题。经过艰苦扎实的工作,设计人员攻克了一道道技术与工艺难题,发动机的结构可靠性首飞时已经达到0.97。动调陀螺四轴平台的研制成功,是我国将近20年来在火箭惯性器件方面的一大重大突破,是具有里程碑性质的成就。冷氦加温增压技术不仅在国内是首创的高难技术,即使在国际上也是属于仅被美、日等个别工业发达国家所掌握的新、难技术。低温氢气能源双向摇摆伺服机构,采用低温氢气气动机作为伺服机构的一次能源这一技术在国内是首创,在国外也未见到先例。

随着中国探月工程和北斗导航工程的立项研制,长征三号甲系列运载火箭迎来了更大的挑战。探月工程发射任务实现了火箭“零窗口”发射技术、“多窗口”发射技术、地月转移轨道发射技术等突破,拓展了长征火箭发射能力,为后续深空探测打下了坚实基础。在发射北斗卫星过程中,突破了以MEO中圆转移轨道设计、起飞滚转、高空风双向风补偿、远距离测发控为代表的多项关键技术,为工程建设作出了突出贡献。

长征三号丙火箭是中国独一无二的非全对称火箭,2008年4月25日,长征三号丙火箭首飞成功,标志着中国突破了非全对称火箭设计技术,使得中国高轨任务运载能力分布更加合理,实现了长征三号甲系列运载火箭真正的系列化、组合化。

长三甲系列火箭运载入轨精度高、适应能力强,其发射卫星的入轨精度达到世界一流水平。火箭可以一箭单星也可以一箭多星发射,既可以用于标准地球同步转移轨道发射,也可以用于超同步转移轨道或低倾角同步转移轨道发射,以及深空探测器发射,可以满足卫星用户多种不同使用要求。

龙乐豪介绍,从推进技术来说,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,技术难度极大,因此它站在世界火箭第一梯队。正是因为采用了高效的液氢液氧推进剂,长三甲系列火箭三子级的比推力也是世界一流的。所谓比推力,就是火箭在单位时间内消耗单位推进剂,所产生的推力。龙乐豪说:“常规的四氧化二但/偏而家肼推进剂,比推力最高不到280秒,液氧/煤油推进剂的比推力也就在300至310之间,而液氧/液氧推进剂最高能达到440秒,高下立见。”衡量一型火箭是否先进,还有一个关键的指标:有效载荷系数。通俗地说就是,火箭运送卫星的重量除以它的起飞重量,得出的系数。龙乐豪形象地打了个比方:“就像2个举重运动员,举的重量是一样的,他俩谁的体重更轻,谁就赢了。火箭也是一样的道理,同样的起飞重量,发射的卫星越大,有效载荷系数越大,火箭就越先进。当时长三甲的有效载荷系数是世界上是第三位。”

这些技术水平为国内最高、世界一流,使长三甲系列运载火箭成为集高新技术于一体的品牌和主推产品。

“三兄弟”合力闯市场

长三甲火箭立项之初的目标是实施我国第二代卫星通讯工程,然而,以龙乐豪为代表的第一代研制人员却把目光瞄向了更大的市场,他们计划在国际发射服务市场上大干一场。

“国家1985年就提出,要把长征火箭投入到国际市场,也给我们指明了方向,所以长三甲研制出来后,我们不仅要面向国内,还要面向国外。”龙乐豪说。

龙乐豪回忆,长三甲火箭目标运载能力是2.5吨,与国际发射服务市场还有较大的差距,于是他和伙伴们想到了一个好的技术途径:上改下捆,先改后捆。先研制一个基础型号——长三甲,然后再通过捆绑不同数量的助推器,使火箭在地球同步轨道的运载能力从2.5吨延伸到5.5吨,形成一个布局合理的火箭“小家族”, 截至目前,长三甲系列火箭家族满足了国际上大多数卫星的需求。其运载能力在当时与美国、欧空局的火箭旗鼓相当。

龙乐豪说:“这‘三兄弟’中,‘大哥’长三甲体力最小,‘二哥’长三乙力气最大,‘三弟’长三丙次之,你想打什么样的卫星,都没问题。”

长征三号甲系列火箭是长征系列运载火箭高强密度发射的“主力”,也是我国目前高轨道上发射次数最多、成功率最高的火箭系列。截至目前,北斗工程从一期到三期,探月工程从嫦娥一号到嫦娥四号全部由长三甲系列火箭实施发射,共将43颗北斗导航卫星、4颗嫦娥探测器成功送入预定轨道。

截至2018年12月,长三甲系列火箭已先后承担了20多次国际商业发射任务,为多个国家和地区发射了卫星,全部取得了圆满成功,其创造的效益占到了院全部国际商业发射任务收入的50%以上。其中,鑫诺一号卫星的发射服务项目使长三甲系列火箭打开了欧洲市场,首次与法国合作发射通信卫星,实现了与欧洲一流国际公司的接轨。在尼日利亚卫星项目中,首次实现了整星出口,首次以在轨交付方式为国际用户提供宇航系统集成的一揽子服务,特别是“老挝一号”星发射任务,型号队伍探索了一条从航天制造、发射、地面到系统应用的全产业链的“一站式”服务之路。

时代在进步,技术在发展,未来随着火箭更新换代,长三甲系列也终将退出历史舞台,衍生出新的型号。龙总坚定地说:“青出于蓝而胜于蓝,相信它的后续型号一定能够继承发扬长三甲系列的优良基因、充分汲取新一代火箭的新成果,从中国的‘金牌’创新发展成世界‘金牌’,在未来人类飞离地球、移民宇宙的伟大征程中承担主导作用。

长三甲系列火箭第100次发射成功:将北斗三号IGSO卫星送入轨

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