嫦娥奔月的美丽神话,万户飞天的千古壮举,敦煌神秘的飞天壁画……千百年来,华夏儿女对浩瀚太空的向往与探索从未停止。10月31日,由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)抓总研制的长征五号B遥四运载火箭(简称“长五B遥四火箭”)成功将梦天实验舱送入预定轨道,这也是党的二十大大胜利召开后实施的首次航天发射。随着梦天实验舱与空间站组合体顺利对接,我们在苍穹建家的瑰丽梦想终成现实。
继2021年成功托举天和核心舱入驻太空后,2022年,作为空间站舱段“专列”的长五B火箭,又成功送问天、梦天实验舱与核心舱会合,助力中华民族探索太空的浪漫旖旎梦想实现。赋予长五B火箭强大能力的是它背后的研制团队,是他们对技术的极致最求、对细节的严格把控、对隐患的零容忍,共同铸就了这枚擎舱巨箭。
追梦之路起步抓的“住”更要抓的“准”
7月24日,14时22分22秒,长五B遥三火箭准时点火,将问天实验舱送入预定轨道。历经反复考核验证的火箭“起飞时间修正技术”没能用上,火箭院长五B火箭控制系统主任设计师苏磊却很开心,因为这标志着长五B遥三火箭实现了我国大型低温火箭首次“零窗口”发射,准时准点,分秒不差。
中国空间站建造阶段共有11次发射,每次任务都环环相扣、不容有失。今年,无论是送问天实验舱问天,还是送梦天实验舱圆梦,都关系后续交会对接任务的开展,长五B火箭的“零窗口”发射是基础,也是必要条件。
与常温火箭相比,长五B火箭的低温推进剂加注和复杂的射前流程是世界级难题,实施“零窗口”发射难度可想而知。
难题挡不住火箭院科研人员前进的脚步,伴随长五系列火箭一路走来,研制团队难题想在前、工作做在前,预先开展了大量开创性工作,自长五B火箭首飞起就开始的“起飞时间修正技术”的试验和仿真测试,将能预想到的情况都进行了试验,确保了控制系统精准完成轨道修正,空间站建造任务“万无一失”。
“其实长五B火箭原本就具备‘零窗口’发射能力,这两次发射也证明了它的实力。‘起飞时间修正技术’是在‘零窗口’发射基础上的另一重保障,是我们为成功上的又一道保险。”苏磊说。用上这项技术,就算火箭没能实现‘零窗口’发射,只要在2分30秒这个窗口范围内发射出去,火箭都能通过控制系统自动计算偏差、精准修正轨道,照样保证入轨和交会对接。
今年是空间站建造的收官之年,长五B火箭两次发射均意义重大,研制团队对发射场流程进行了优化,为火箭准时发射上了第二道“保险”。
长五B火箭系统复杂,发射场各项流程种类繁多,研制团队全面总结长五系列火箭前7次发射经验,系统优化了射前10分钟的发射流程,点火前2.5分钟即可完成射前各项准备工作,留出了更多应急缓冲时间。
长五B火箭是个复杂巨系统,“牵一发而动全身”,任何一个流程的调整都需要海量的分析论证和技术支撑。这一点,火箭院长五B遥三火箭型号调度陈晓东深有体会。他清楚地记得,为了确定一个射前2秒的流程能否提前进行,他组织协调各系统发射队员开会讨论了10余次,大家为了一个细节严谨论证、反复讨论的样子在他的脑海中至今仍十分清晰。
除了技术改进和流程优化外,研制团队还针对“零窗口”发射新增、细化了多项预案。他们用自己认真的态度和不放过一丝细节的严谨,将火箭状态调整至最佳,让长五B火箭无惧“零窗口”的挑战,起飞时间抓得“准”,两次发射任务都赢得漂亮!
“大力士”的别样“温柔”
随着“星箭分离”程序启动,长五B遥四火箭张开了怀抱,目送梦天实验舱朝空间站组合体奔去。海南文昌航天发射场测控大厅中爆发出热烈的掌声和欢呼声,幸不辱命,至此,长五B火箭将空间站3个舱段都完美送入了预定轨道。
如果将长五B火箭比作空间站建造的“专列”,那么空间站的3个舱段就是乘坐专列的“乘客”,这3位乘客都有大、高、重等特点,尤其是问天实验舱,是我国迄今为止包络尺寸最大的一个载荷。怎么给“乘客”最佳的乘坐体验?长五B火箭研制团队想尽办法给足载荷全方面的保护,让这个“大力士”的内心充满细致体贴的温柔。
研制团队为空间站舱段特别设计了一款圆形“座椅”,能把火箭飞行过程中的冲击降低10倍左右,让“乘客”在进入太空的途中、舱箭分离的时刻,都像坐在“沙发”上一样舒适,这一技术达到国际领先水平。同时,为了让空间站舱段能够安全“下车”,研制团队历经近10年时间,研制出新的舱箭分离装置,既能“绑”得住大直径空间站舱段,又能确保快速、可靠、无污染分离。
不仅如此,长五B火箭独有的长20.5米、直径超5米的超大整流罩,就像巨箭张开温柔的怀抱,将空间站舱段拥在怀里,把飞行过程中的冲击和热浪一一抵挡。火箭结构总体设计师王乾介绍:“针对问天实验舱发射任务,我们采用三维视觉扫描等技术,对整流罩以及问天实验舱的尺寸进行了精准仿真,确认了关键位置的安全间隙,确保在飞行、分离的过程中,实验舱享有足够的空间,不会出现磕碰整流罩的风险。”
为超大整流罩殚精竭虑的,还有整流罩的装配人员。在长五B遥四火箭整流罩合罩现场,火箭院长五B火箭总装操作员田超群站在整流罩旁,一手拿尺子仔细测量着整流罩之间的间隙,一手拿对讲机与操作人员随时沟通进度:“径向间隙3毫米,轴向偏差5毫米……径向偏差现在只有1毫米了,稳住。”
几个月前,田超群刚和同事们完成了问天实验舱合罩,梦天实验舱也是一个“大家伙”,上面遍布精密仪器,同样不得出现任何闪失,他在一旁仔细观察、不敢松懈。有了“中心定位法”等一系列好方法的助力,就算是复杂如问天、梦天实验舱这样的稍大舱段,他们也能在一小时内完成合罩。
长五B火箭研制团队给予载荷最好的保护,也是属于这群科技工作者的别样温柔,他们将自己的柔情和热爱都献给航天事业,让空间站在轨建造每次发射都能“稳稳”成功。
过程完美结果才圆满
8月,北京正值酷暑、闷热难耐,问天实验舱的发射刚刚落下帷幕,长五B遥四火箭的各项准备工作正在如火如荼地进行中,大家的干劲比8月的气温还要高。
火箭院长五B火箭结构系统主任设计师栾宇正在去往211厂天津火箭公司的路上,他要赶在长五B遥四火箭出厂前完成贮箱外绝热结构的补强,一周的时间里他已经在北京天津之间往返了好几趟。
在以往的火箭发射中,大家常能看到火箭起飞过程中有白色片状物从箭体脱落,那是火箭在地面阶段的隔热层的防护层,在火箭点火起飞后便完成了使命脱落,并不影响火箭飞行,但在长五B遥四火箭飞行中,有了新变化。栾宇说:“我们对贮箱的外绝热结构进行了再加固,让防护层牢牢‘裹’在贮箱上,避免可能出现的安全隐患。”从提出这一改进方案到落实改进措施仅用时7天。
火箭点火升空的那几十秒钟,对公众来说,是震撼、是骄傲、是荣耀,但对于航天人来说,是日复一日的精益求精,是反复的分析论证,是对风险隐患的严防死守,只有研制生产、总装测试、点火升空等都完美,才能换来“圆满成功”这简短却重千斤的四个字。长五B火箭研制团队也一直秉持着这个信念,用不断的改进优化,将火箭打磨得愈发可靠。
在栾宇为贮箱外绝热结构的补强奔波时,火箭院长五B火箭测量系统设计师陈胜哲已经完成了贮箱液位传感器的一系列测试。在这次任务中,她和同事们创新性采用不同颜色外观的设计,区分不同的输出电缆,确保测试流程更加顺畅,可靠性大幅提升。
让输出电缆“出彩”,是为了让设计人员更好地区分每根电缆所对应的传感器,方便在测试阶段提前发现并解决问题。“对于整发火箭来说,这个改动并不算很大,但在过程完美的追求中,每一个微小的进步都至关重要。”陈胜哲说。
类似这样的改动,长五B火箭的每个系统中都有,可靠性是一个持续提升的过程,源于一点一滴的积累,研制团队将通往成功路上可能出现的隐患都扫平,用过程的不断完美换结果圆满。这是长五B火箭全体研制人员追求的“安心”,也用一次次成功发射让每个关注中国航天的人都心安。
质量永远是金字招牌
9月份的海南文昌航天发射场热浪翻滚,长五B遥四火箭静静伫立在测试厂房,火箭院长五B火箭动力系统总体副主任设计师于子文手持Pad,一项项地确认动力系统每件产品的状态。Pad里的产品质量确认表是于子文和同事们在长五B遥三任务后又进一步完善的,细化了质量确认的因素近百条。
火箭动力系统是长五B火箭擎舱“神力”的来源,牵涉众多,核心是发动机,上下游连着增压输送系统、地面供气供液系统、动力测控系统等,涉及仪器设备、线缆仪表等千千万万,是研制团队一直关注的重点。于子文和同事们明白,只有确认好动力系统每一个产品的质量,才能保证动力系统有完美表现。
不只是动力系统,长五B火箭整个研制团队用“4M方法”、精细化流程管理体系、“7+7质量管理”、设计特性全集等质量管理方法,在一次次发射过程中持续细化着火箭各种预案与产品质量确认要素,不断推动长五B火箭走向成熟。
10月X日,梦天实验舱与长五B遥四火箭组合体转运至发射区。箭已在弦,距离发射的日子越来越近了,发射队全体队员也愈发忙碌起来。火箭院地面发射支持系统主任设计师田青亚忙完接口确认,从发射台上下来她和同事们草草扒了几口饭,休息片刻,就要投入到下午的测试和产品状态确认中。
田青亚说:“很多人第一次登上发射台的时候都有些害怕,我也是,但确认好每一件产品质量的决心和责任感让我们战胜了恐惧,现在我们都能在上面如履平地了。”为了确认产品质量,发射队员在高高的发射台上爬上爬下,烈日高温、披星戴月的辛苦,都比不过亲眼见到产品质量过关时的放心重要。
完成天和核心舱发射任务后,长五B火箭发射台及地面设备经历了一次中修,产品返修、关键元器件更换、设备状态监测和状态恢复、系统匹配测试……地面发射支持系统的队员们将地面设备状态进行了一一确认,对薄弱环节进行了改进和可靠性提升。后续,他们还开展了风险辨识与管控,对进入发射流程几百套设备动作的全使用流程进行了细致分析、验证,确保产品状态满足任务需求。
站在又一次发射成功的时点回望,2021年5月5日,长五B火箭首飞成功,开启了长征系列运载火箭连胜的新起点。过硬产品质量永远是长征系列火箭的金字招牌,在这一历程中,长五B火箭研制团队用自己的智慧与汗水换来火箭扎扎实实的4次成功,也在全党掀起学习贯彻党的二十大精神的热潮中,向党和人民交上了一份满意的答卷。
带着研制团队所有成员的祝福,带着中华儿女的期盼,长五B火箭又一次用自己的完美表现助力中国航天迈出新的一步,太空建家的圆梦之旅抵达终点,但长五系列火箭研制团队的追梦之旅从未停止,背上行囊,他们又将启航去追逐新的梦想。
作者:沈竹士 尚驰 图/宿东、
编辑:赵征南
责任编辑:范兵