长征三号甲系列运载火箭日前创造了新纪录:成为我国第一个发射任务次数过百的单一系列火箭。在百次发射中,长三甲系列火箭不断突破关键技术,火箭运载能力、年发射数量、发射成功率及发射入轨精度等航天核心技术指标均居世界一流水平,成为中国航天由大向强奋进的有力注脚
4月20日22时41分,长征三号乙遥五十九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。至此,长三乙和“哥哥”长三甲、“弟弟”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。
研制能力持续提升
长征三号甲系列运载火箭由航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院(以下简称火箭院)研制生产,由长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙(简称长三甲、长三乙、长三丙火箭)3种低温液体运载火箭组成,该系列运载火箭包揽了目前我国绝大多数高轨道航天器发射任务,是长征系列运载火箭高强密度发射的“主力”,不仅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,同时也多次承担了商业卫星的发射任务,被誉为我国的“金牌火箭”。
面对高密度设计、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1年2至3枚提高到8至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。
长三甲系列火箭还是国内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工作的有序开展。
从1994年2月8日长三甲发射实践四号星和模拟星圆满成功,到2019年4月20日长三乙发射北斗三号卫星圆满成功,25年的时间里,长三甲系列火箭完成了从0到100的跨越。
关键技术先进可靠
100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并不断刷新纪录。
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%至70%的新技术:动调陀螺四轴平台研制成功,是我国近20年来在火箭惯性器件方面的重大突破,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,在国际上也属于仅被美、日等个别工业发达国家所掌握的高难技术。
随着中国探月工程和北斗导航工程的立项研制,长三甲系列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、地月转移运载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,实现了长三甲系列火箭真正的系列化、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,可以满足用户多种不同使用要求。
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。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。”
从推进技术来说,长三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,因此站在了世界火箭第一梯队。
“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信工程,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较好的技术途径: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吨提升到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国际上一流火箭旗鼓相当。
截至2018年12月份,长三甲系列火箭已先后承担了16次国际商业发射任务,为多个国家和地区发射了卫星。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”星的发射任务,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,长三甲系列火箭也将衍生出新的型号。龙乐豪坚定地说:“相信长三甲系列火箭的后续型号一定能够继承发扬优良基因,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。”