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耕宇牧星征遠方——我國首型固體捆綁火箭長六改是如何誕生的
3月29日,太原衛星發射中心,中國航天科技集團八院抓總研制的我國新一代中型運載火箭長征六號改運載火箭(以下簡稱:長六改火箭)實施了首次發射任務,將浦江二號衛星和天鯤二號衛星準確送入預定軌道,發射取得圓滿成功。
作為我國首型固體捆綁火箭,長六改運載火箭的研制,記錄著我國新一代運載火箭不斷跨越的艱辛歷程,譜寫了新一代運載火箭研制的新篇章。

本文圖均為 中國航天科技集團八院 圖
開拓創新,跨界合作實現“再升級”
2015年9月20日,隨著長征六號運載火箭一箭二十星發射任務的圓滿成功,中國航天科技集團八院抓總研制的第一枚新一代運載火箭正式入列“長征火箭家族”。這枚只有29.3米高、3.35米直徑的三級小火箭,為我國新一代運載火箭的研制發展奠定了堅實的基礎。面對我國航天事業高密度發射的增長趨勢,八院抓總研制的現役型號都面臨任務量密集、發射周期緊張、運載能力有限的局面,亟需研制一型具備更大運載能力、更強任務適應性的運載火箭。
接到長六改火箭的研制任務時,中國航天科技集團有限公司八院長六改總師張衛東還一心投入在長征六號的關鍵技術攻關工作中。這位有著多型運載火箭研制經驗的“老將”清醒地認識到,運載火箭的能力有多大,航天的舞臺就有多大。眼前的長征六號是一塊敲開新一代運載火箭大門的“敲門磚”,但只有研制一枚運載能力更強、可靠性更高、性價比更優的新一代中型火箭才能搶占先機,進一步提升我國進入空間的能力。
2010年初,長六改火箭正式啟動方案論證工作。綜合技術發展趨勢和國內的研究現狀,長六改火箭從論證之初便確定了采用固體捆綁的總體思路,即采用液體芯級捆綁固體助推構型。因為在運載火箭動力系統有一個共識,液體發動機性能高、工作時間長,固體發動機推力大、工作可靠、使用維護簡單,可以免去在發射場復雜的加注流程。同時,這是當前國際中大型運載火箭的主流方案,美國的宇宙神5、歐洲的阿里安5、日本的H-2A等,也已有過多次成功發射的記錄。在我國現役運載火箭中,有單純以固體發動機或液體發動機作為推力的運載火箭,但固體捆綁運載火箭的研制尚屬頭一次。
萬事開頭難,“第一個吃螃蟹的人”更是無經驗可借鑒。自八院參與我國運載火箭研制以來,從未有過捆綁火箭的抓總研制經驗,但這反而激發了型號隊伍那股不服輸的勁頭:“以前都是光桿箭,現在我們也開始搞捆綁火箭了!”在論證初期,為了優化火箭的構型,研制團隊針對不同的芯級級數、直徑及發動機臺數,固體助推器數量、直徑、分段數等開展了方案對比論證,組合出的火箭構型有近百種。比如到底是做兩級半火箭還是三級半火箭?型號內形成了兩種不同的觀點。大家本著技術民主的原則,展開過無數次激烈的辯論。“三級半火箭的運載能力更強,但成本更高。”“兩級半火箭可靠性高、成本更低,但運載能力比三級半小……”
隨著論證工作的不斷深入,長六改火箭的構型在團隊一次次的“頭腦風暴”中逐漸明朗起來。2017年1月,長六改運載火箭的總體方案確定為兩級半構型,即:芯一級3.35米直徑、使用兩臺YF-100液氧煤油發動機,芯二級3.35米直徑、使用一臺YF-115液氧煤油發動機,助推采用四臺2米兩段式固體發動機。2017年9月21日,長六改運載火箭順利通過由用戶組織的立項評審。2018年10月,長六改運載火箭正式立項。

突破極限,新研火箭跑出“加速度”
2018年初,長六改運載火箭工程研制工作全面展開。時間緊、任務重,如何利用八院長征六號首飛、長征五號助推器的研制經驗,在三年時間內快速研發一枚新火箭并成功首飛,需要長六改研制團隊拿出沖刺的態度,又好又快的完成火箭研制。特別是要通過多項大型試驗,以此充分考核火箭設計方案的正確性和工程應用的可靠性。
全箭模態試驗,是新型火箭首飛前必須經歷的一項大型地面試驗。主要目的是通過模擬火箭真實的飛行狀態,獲取火箭在特征工況下的振型、斜率參數,摸清火箭的結構動力學特性,為火箭的姿態控制系統設計提供一系列數據輸入。作為我國首枚固體捆綁的運載火箭,長六改火箭在模態試驗的組織策劃和實施上面臨著“試驗產品新、狀態轉換難、時間進度緊”的困難和挑戰。比如芯級和助推的“第一次見面”,對總裝工作來說就相當于一場“小型合練”,絕對是一場不小的考驗。裝滿固體燃料的助推器質量大,單個助推器重量就達到了近70噸,創下了國內助推器最重的吊裝記錄,且助推與芯級的對接精度要求高、捆綁連接機構復雜,這都使得捆綁操作的難度堪比“穿針引線”,對吊裝的安全性和精準度都提出了極高的要求。
為了保證順利對接并完成捆綁,研制團隊詳細梳理組裝過程中的關鍵動作,采取了一系列可靠的保護措施,并提前演練故障預案。最終,耗時6天,長六改模態箭完成了四個滿藥助推與一子級的捆綁連接工作,實現了國內首次實現固體助推器與液體芯級箭體的捆綁,為后續合練階段提供充足的經驗,確保芯級與助推的連接捆綁工作實現從“能對上”到“對得好、連得緊”。
模態試驗的團隊中,很多成員都沒有經歷過型號的大型試驗,面對一個個復雜的試驗工況,一群初生牛犢不怕虎的90后,根據每個人的專業落實了具體工作崗位,從茫然到輕松,從陌生到熟悉,從一無所知到心中有數,在歷時7個月的模態試驗任務中與火箭一起經歷了一次結結實實的打磨和成長。2021年2月,長六改運載火箭順利完成全箭15個工況的試驗工作,獲取到合理、可靠、足夠的火箭動力學特性,滿足了型號工程的研制需要,有力確保了后續任務的順利完成。
2021年7月底,火箭運抵太原衛星發射中心,發射場合練試驗正式啟動。對于首飛箭來說,發射場合練是運載火箭首飛前最重要的試驗考核項目。合練階段,型號需要按照火箭發射的正式流程進行提前演練,考核火箭與衛星、發射場等各大系統間接口的協調性和匹配性。新火箭、新工位、新設備、新流程、新狀態,對于長六改來說都是新的挑戰與見證。但用張衛東總師的話來說,不怕合練出問題,只有在合練時把可能出現的問題暴露出來,把問題摸清摸透,才能最大限度的保證首飛成功。

從火箭的狀態恢復、芯級助推器轉場、發射區組裝到全箭動力系統測試、電氣系統測試、星箭聯合測試等工作項目,一直都能看到型號兩總的身影。為期三個月的合練,團隊始終保持高標準、嚴要求,克服了試驗條件的種種困難,小心翼翼、穩扎穩扎,不管是接口考核還是流程演練,整個過程都順利圓滿、一氣呵成,圓滿完成了發射場合練工作。箭塔第一次見面、最后一個助推與芯級順利對接組裝、芯二級與一級順利對接,火箭第一次傲立在發射區……遼闊的高原,記錄著這枚新火箭的每一個“第一次”,也等待著它時刻出征、一展雄姿。
疾風吹,醒征人,沓漫前路當奮力,再奪勒石一戰功。2022年2月初,長六改火箭首飛試驗隊抵達太原衛星發射中心。試驗隊進場后的第二天,太原衛星發射中心下起了大雪,氣溫突破零下20度,整個晉西北高原銀裝素裹。首飛試驗隊的一名隊員在朋友圈里寫下了這樣一句話:“每一粒熬過冬天的種子,都有一個關于春天的夢想。”厚厚的積雪下,正蘊藏著蓄勢待發的磅礴力量。
29日,長六改火箭迎著落日余暉,拔地而起、飛向蒼穹,所有人看著它愈行愈遠,最終成為了視線中的一點星光。走過凜冬,春和景明,像極了這型新火箭一路走來的艱辛歷程。如果你問,為什么航天事業如此令人著迷?中國航天科技集團有限公司八院長六改火箭總指揮洪剛的心里早已有了答案:想必除了成功的喜悅讓人上癮,那些想在一起、干在一起的日子同樣令人心馳神往、回味無窮。





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