作為目前我國運載能力最大的火箭,長徵五號肩負著開展載人航天空間站建設、月球採樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務,也可用於不同地球軌道大型載荷及其它深空探測任務載荷發射
    未來,位於濱海新區的大火箭基地還將研製更大推力火箭,為中國空間站、深空探測器、空間精密展開機構等超大型太空飛行器走進深空奠定基礎
    隨著長徵五號遙三運載火箭成功發射,位於天津經濟技術開發區西區的天津新一代運載火箭產業化基地(又稱「大火箭基地」)再次迎來全世界的矚目。昨日,記者走進大火箭基地,揭秘「胖五」歸來背後的故事。
    一波三折 「胖五」華麗涅槃
    2019年12月27日,長徵五號運載火箭(以下簡稱「長徵五號」)第三次發射,這是長徵五號時隔兩年多後再次執行發射任務。長徵五號由航天科技集團第一研究院(以下簡稱「火箭院」)抓總研製,在大火箭基地「誕生」,是我國首型大推力無毒無汙染液體火箭,運載能力位居世界前列。作為我國首型5米芯級直徑的大推力運載火箭,長徵五號因為體型寬大,被親切地稱為「胖五」。
    自2006年正式立項研製以來,經過10餘年的工程研製,長徵五號先後於 2016年11月3日和2017年7月2日實施了兩次發射,其中首次發射取得圓滿成功,遙二火箭因發動機局部結構問題未能將衛星送入預定軌道。
    長徵五號遙二火箭發射失利後,經過100餘天的故障排查與定位,以及180餘天的試驗驗證,長徵五號遙二火箭失利的原因終於確認,是由於火箭芯一級氫氧發動機在複雜力熱環境下,局部結構發生異常,發動機推力瞬時大幅下降,致使發射失利。「在歸零過程中,通過建立故障樹,對50多個可能造成推力下降的事件進行了逐一排查,最終確認了故障的最大可能原因。此後,根據故障調查結論,對芯一級氫氧發動機進行了設計改進,從結構、材料和工藝等方面都採取了相應的改進措施,提高了對飛行環境的適應性。」長徵五號火箭總設計師李東介紹道。「經過兩年多的歸零和驗證工作,研製團隊攻克了發動機技術難關,解決了問題,消除了隱患,認識水平和技術能力都得到了進一步提高。」長徵五號火箭總指揮王珏介紹說,在完成發動機問題歸零的同時,長徵五號的技術改進和可靠性提升工作也實現了突破。火箭各系統都深入開展了再分析、再設計和再驗證的「三再」工作,全面審視設計、產品以及過程控制等方面的工作有效性。
    「長徵五號遙三火箭在遙二火箭的基礎上,進行了200餘項技術改進,其中比較重大的技術改進有9項,包括發動機設計改進、長排整流罩設計改進、利用系統調節方案改進等。」長徵五號火箭副總設計師楊虎軍介紹說。
    從發射失利到成功,長徵五號用了30個月,在大家焦急等待「胖五」歸來的900多個日夜裡,長徵五號研製團隊在攻克氫氧發動機技術難題中不斷提升著技術認識。
    2018年11月30日,改進後的芯一級氫氧發動機在長程試車過程中出現問題,根據故障原因,研製團隊對發動機的局部薄弱環節進行了改進,提高了結構的動強度裕度。改進後的產品於2019年2月順利通過了兩次長程試車驗證。
    2019年4月4日,在長徵五號遙三火箭的總裝工作進入到最後階段時,一臺用於後續任務的芯一級氫氧發動機在試驗數據分析過程中,發現了「異常振動頻率」,研製人員順藤摸瓜,找到了問題的「癥結」所在。「發動機局部結構對複雜力熱環境非常敏感,容易引起共振,且一旦激發,不易衰減。」李東介紹。
    為了抑制振動的產生,研製人員開展了大量設計和試驗工作,終於找到了一種快速有效的改進方案。火箭院黨委書記、長徵五號火箭第一總指揮李明華說:「在解決發動機振動問題上,我們先後探索了三條路,經過反覆分析研究,綜合考慮各方面因素,決定抓主要矛盾、抓問題根源,對發動機結構進行局部改進。」
    這次改進徹底解決了困擾長徵五號的發動機問題,改進後的發動機經過10餘次3000餘秒的試驗驗證,證明了改進措施的有效性,長徵五號終於回到恢復發射的「快車道」上。
    「在長徵五號發動機攻關的過程中,組織了全國優勢資源聯合攻關,其中既有清華、北航、北理工等高校的研究資源,也有航空、船舶等領域單位的專家資源,很多單位都是自發地、積極地參與到這項工作中,主動承擔,毫無怨言。這是新型舉國體制的一次有益探索,也反映出這一制度的巨大優勢。」李明華說。
    航天型號研製具有高風險,主要表現在新技術比重高、系統構成複雜,產品種類和數量龐大,影響飛行成敗的環節多。為了使航天型號這種高風險的複雜巨系統變得「可靠」「可控」,型號引入了精細化流程管理的思想和方法。
    「此次長徵五號遙三火箭專題開展了發射前-13小時精細化管理流程工作,以作業指導書的形式將崗位職責、工作內容、操作方法、應急預案進行了有機統一,實現了精準操作。」王珏說。
    2019年10月18日,長徵五號遙三火箭通過了出廠評審;10月27日,運抵海南文昌航天發射場。12月27日,長徵五號遙三火箭以一次完美的飛行,完成了華麗的涅槃,為2019年中國航天發射畫上了一個圓滿的句號。
    「夢想之箭」未來大有可為
    「長徵五號在大幅提升我國自主進入空間能力的同時,也為構築我國新一代運載火箭系列型譜以及發展重型運載火箭奠定了堅實的技術基礎。」火箭院院長王小軍認為。
    作為目前我國運載能力最大的火箭,長徵五號肩負著開展載人航天空間站建設、月球採樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務,也可用於不同地球軌道大型載荷及其它深空探測任務載荷發射。是承載中華民族對浩瀚宇宙嚮往的「夢想之箭」,也是我國由航天大國邁向航天強國的重要標誌。
    「長徵五號採用多種構型系列化設計的技術途徑,其中一級半構型的長徵五號B運載火箭,近地軌道運載能力達到25噸左右,可以有力支撐我國載人航天空間站建設;兩級半構型的長徵五號運載火箭,地球同步軌道運載能力達到14噸,可以用於發射大型高軌道衛星、實施月球採樣返回、開展深空探測等任務。」李東表示。
    「此次遙三發射任務的成功,也標誌著長徵五號將加速進入工程應用階段。2020年,我們計劃完成長徵五號B的首次發射任務,發射嫦娥五號月球探測器實施月球採樣返回,發射火星探測器等。目前,執行後續各項任務的長徵五號進展順利,正在按計劃開展各項生產、裝配和測試工作。」王小軍介紹。
    「未來航天看中國,中國航天看天津。」未來,位於濱海新區的大火箭基地還將研製更大推力火箭,為中國空間站、深空探測器、空間精密展開機構等超大型太空飛行器走進深空奠定基礎。