搜索 解放軍報

走近長征七號A運載火箭,這個帥氣“高個子”不一般!

來源︰中國軍網-解放軍報作者︰武勇江 安普忠 王凌碩 岳雨彤責任編輯︰姬彩紅
2021-04-09 07:19

這個帥氣“高個子”不一般

■武勇江 解放軍報記者 安普忠 王凌碩 岳雨彤

圖為長征七號A運載火箭。郭文彬攝

2021年3月12日,中國文昌航天發射場,隨著一道絢麗的尾焰劃過天際,長征七號A運載火箭點火升空,將試驗九號衛星成功送入預定軌道。

長征七號A運載火箭的成功發射,拉開了2021年我國新一代運載火箭發射大幕,標志著我國新一代中型運載火箭家族又添新成員。

今天,讓我們一起走近“長征家族”新成員——長征七號A。

“親兄弟”使命大不同

作為長征七號系列運載火箭的“新成員”,長征七號A有著鮮明的家族特征,也是個帥氣的“高個子”。但仔細對比,人們會發現許多不同的地方。

作為長征七號的“親兄弟”,長征七號A全長60.1米,高出長征七號7米之多。

原來,長征七號是一型“二級半”構型的火箭,而長征七號A是一型“三級半”構型的火箭,後者多出一個第三級。

所謂“二級半”,就是指火箭的芯一級、芯二級再加上助推器這個“半級”。長征七號A作為“三級半”,自然是多出了一個“芯三級”。多出的“芯三級”模塊,主要是為長征七號A提供飛往更高軌道的動力。

為了更好地完成未來高軌衛星發射任務,長征七號A的整流罩柱段高度為5.5米,比長征七號整流罩柱段高度8米矮了一點。這一變化,是由于火箭有效載荷由貨運飛船變成了衛星。

提起這個“新成員”,該火箭工程總指揮孟剛相當自豪。2018年3月,研制團隊開始對火箭方案進行深化論證。2019年12月,該型火箭就完成了出廠評審。可以說,它是在長征七號基礎上,與長征三號甲系列火箭三子級組合形成的“三級半”火箭,是我國新一代中型運載火箭的主力構型。它的成功研制,填補了我國運載火箭地球同步轉移軌道5.5噸至7噸運載能力的空白。

如果說長征七號是我國新一代中型運載火箭的代表,獲得了載人空間站“貨運專列”的稱號,那麼長征七號A就是一名填補運載能力空白的“高軌新兵”。

“長征七號A的成功發射,進一步豐富了長征系列運載火箭的型譜,不僅實現了我國中型運載火箭的更新換代,還將有力帶動和牽引我國未來大、中型衛星的升級換代。”孟剛說。

“三突破”成就好技藝

雖然長征七號A繼承了長征七號和長三甲系列火箭的成熟模塊,但其研制過程絕非簡單的“搭積木”。

“研制團隊在關鍵技術上先後實現‘三突破’,為火箭成功發射奠定了基礎。”長征七號A總設計師範瑞祥說。

關鍵技術的突破之一——大長細比火箭姿態控制技術。

長征七號A外形修長,是我國長征系列火箭中長細比最大的火箭。這給火箭姿態穩定控制增添了很大難度。

長征七號A總體設計師沈丹介紹,日常生活經驗告訴我們,又細又長的硬東西大都容易折斷,火箭也是如此。表現在長征七號A上,就是其基礎頻率降低。因此,火箭受到推進劑晃動等因素影響產生的耦合效果就更加明顯。

為解決這個問題,研制團隊采用“移花接木”的方式,將長征七號合練箭和長征三號甲工藝貯箱進行舊品利用,組裝出一枚全箭模態用火箭。通過全箭模態試驗,掌握了火箭彈性頻率。在此基礎上,研制團隊開展控制系統姿態控制參數設計,並通過數學仿真和半實物仿真驗證,確保火箭姿態穩定和控制精度達標,以滿足任務要求。

關鍵技術的突破之二——高精度高空風場測量準實時雙向風修正技術。

細長的火箭在穿出大氣層時,每時每刻都會受到高空風干擾,升空後有“攔腰折斷”的風險。對此,研制團隊研發了高精度高空風場測量準實時雙向風修正技術。該技術可以根據發射前數小時測量的高空風,調整火箭穿出大氣層的飛行姿態,讓其沿著最佳路徑“頂風前行”,從而減少火箭折斷的風險。

關鍵技術的突破之三——適應典型故障模式的制導控制技術。

國際航天領域的一項數據表明,導致火箭飛行失利的原因中,動力系統故障約佔一半。如何在火箭發生故障條件下,通過控制系統自適應來實現其“起死回生”,成為近年來航天界的熱點話題。

研制團隊通過積極探索,在長征七號A上,采用一種更為智能的制導方式——適應典型故障模式的制導控制技術。火箭會根據位置、速度等信息,自行規劃出一條最優飛行路徑。此項技術的應用,使我國火箭控制技術達到了國際先進水平。

除此之外,長征七號A還采用了助推不分離和芯級不搖擺技術。世界上絕大多數火箭的助推器在完成使命後都會與第一級分離,我國其他長征系列火箭也是如此。有了這項技術,長征七號A可減少一套分離機構,大幅降低了分離系統的復雜性,提升了火箭的可靠性和經濟性。這在國際上尚屬首次。

“新成員”將派新用場

“長征七號A發射成功,是火箭研制歷程中的一個重要里程碑。但這只是一個新起點,後續工作任重道遠,仍然需要我們奮力拼搏。”孟剛說。

由于長征七號A能滿足中、大型高軌衛星高密度發射需求,所以未來在地球同步軌道上,它將和具備5.5噸運載能力的長征三號甲系列火箭、具備14噸運載能力的長征五號一起,形成更加優化、合理的運載能力布局,大力提升中國航天進入太空空間的能力。

按照我國運載火箭升級換代策略,新一代運載火箭將在2025年前後,初步實現對現役火箭的更新換代。根據目前任務安排,2025年前,長征七號A任務安排飽滿,每年將執行3至5次發射任務。

後續,研制團隊還將根據任務需求,為長征七號A研制更大直徑的整流罩構型;以長征七號A為基礎,通過增加上面級等方案,實現零度軌道傾角衛星發射,執行探月、探火和小行星探測等深空探測任務。它將逐步成為我國中型高軌火箭的一個基本型,承擔多項國家重大任務,為我國航天強國建設提供堅實保障。

“實際上,創新也是長征火箭大家族共同的‘家風’。”範瑞祥說,早在航天事業起步階段,航天人就靠著自力更生,開創了“兩彈一星”歷史偉業。同樣,通過幾代航天人的大膽創新,中國航天相繼取得了載人航天、月球探測、北斗工程等多項舉世矚目的成就。

追夢之路任重道遠,創新之路永無止境。立足新的起點,新一代運載火箭的研制團隊將接續奮斗,向著建設航天強國的目標大步前行!

輕觸這里,加載下一頁