7月23日,長徵五號遙四火箭託舉「天問一號」火星探測器奔向太空,開啟了我國火星探測之旅,也拉開了長徵五號火箭執行正式工程應用發射任務的序幕。
航天科技集團一院長徵五號運載火箭總指揮王珏,向記者詳細介紹了此次發射任務。
搭載著「天問一號」火星探測器的長五遙四火箭點火升空。南方日報記者 李細華 攝
要點
◆ 此次任務是長徵五號的首次應用性飛行。一個火箭在研製之初,首次飛行以及最初的幾次飛行,往往要安排一些試驗性飛行任務。長徵五號的前幾次飛行任務,都屬於飛行試驗任務性質。
◆ 進入到執行正式任務的一個階段,長徵五號可以正式投入到國家重大工程的應用性發射,包括後續的一系列重要載荷的發射任務。此次長五遙四火箭是第一次執行國家航天重大工程任務,在長五的研製歷程上也是重要的標誌和節點。
◆ 此次任務是長徵系列火箭首次執行逃逸軌道的發射任務。速度要略大於第二宇宙速度,要達到每秒11.5公裡到11.7公裡,這也是目前我國火箭最快的極限速度。
◆ 「天問一號」火星探測器重量達5噸,把這樣一個重量的飛行器送入奔火軌道,我們國家目前只有長徵五號能夠勝任這項重大的任務。
◆ 這次任務是我們國家第一次行星探測任務,開啟了我們國家行星探測的新篇章。它也是我們國家的航天事業,從人造衛星、載人航天、探月工程,到擺脫地球引力,走向更遠的深空,一個重要的裡程碑。
環繞飛行、著陸和火星車模擬片段。網絡圖片
首次執行逃逸軌道發射任務,超過第二宇宙速度
問:首次執行火星探測任務是長徵五號火箭的第一次應用發射任務,我們怎麼來理解第一次呢?
王珏:您剛才那個問題實際提了兩個第一次,一個是第一次火星探測,一個是第一次應用性發射。其實這兩個第一次也正是這次發射任務的一個重要看點。
第一次火星探測任務,實際上是我們國家第一次行星探測,和以前的火箭發射任務比起來,包括長徵五號的前幾次發射,所有的長徵系列火箭發射的各類的人造衛星、太空飛行器都是圍繞地球運行的。所以無論從發射軌道來看,之前的發射任務都是從近地軌道到地球同步軌道,或者太陽同步軌道,都是沒有擺脫地球的引力的範圍之內的飛行軌道。
這次火星探測任務一個很重要的特點就是長徵五號運載火箭要把「天問一號」火星探測器第一次送到擺脫地球重力的逃逸軌道上面去,也就是要徹底的擺脫地球引力,由原來的繞地球運轉變成繞太陽運轉,所以相當於就發射了一個人造的小行星。
所以這是這次任務的一個是和前面的發射任務一個很重要的區別。從這一點來講,儘管長五遙四火箭,相對於長五遙三火箭,在大的技術狀態上沒有太大的變化,但是在發射軌道上還是有明顯的變化,就是長徵系列火箭首次執行逃逸軌道的發射任務。
問:是不是可以這麼理解,就以前的火箭把衛星送到的是一個地球軌道,它是一個第一宇宙的速度,那麼逃逸軌道會是一個什麼樣的速度呢?
王珏:它要超過第二宇宙速度。
問:這個速度達到了多少米每秒呢?能不能形象地給我們講一下,到底有多快?
王珏:它這個是有一個c3能量的,但是c3它不是速度,它按照能量來表示,實際上是和速度的平方相關,如果換算到速度,他這個速度就是要略大於第二宇宙速度,就是它的速度的值要達到每秒的11.5公裡到11.7公裡,這樣一個速度也是目前我國火箭的最快的一個極限速度。
首次採用「窄窗口、多軌道」發射方案
問:這個難度到底有多大?
王珏:實際上對火箭就提出了運載能力要更大、性能要更高,這樣一個要求。其實也是這次任務的第二個特點,就是這次火星探測任務的發射窗口是非常珍貴的。大家知道火星和地球都是繞著太陽運轉的行星。兩者的最近距離是5500萬公裡,最遠距離是4億公裡。對於兩個相對運動的物體,真正要找到一個合適的發射窗口是很難得的。那麼現在在適合這樣一個5500萬公裡的最近距離區域,大概是每26個月一次。
所以為了實現這樣一個窗口的要求,火箭研製團隊首次採用了「窄窗口 多軌道」的發射方案。也就是相當於把地球和火星最靠近的這段時間裡面(的發射方案)優化出來了,通過42條軌道的裝訂來覆蓋連續14天、每天30分鐘的發射窗口。窄窗口、多軌道的一個發射方案,也是我們長徵系列火箭首次採用。
問:我可不可以理解,比如說這次的窗口是中午,第二天還是中午嗎?第三天還是中午?
王珏:同樣的時間段能夠保持十幾天都有可以發射的窗口,這個時間起始點略有小範圍的變化,但基本上都是在中午的時段。因為長徵五號是一個大型低溫火箭,射前的準備工作非常複雜,所以也為這樣一個火箭提高這次任務的發射概率創造了比較好的條件。
通過這樣一個發射方案的選擇,使得我們7月下旬到8月初這段時間有一個連續14天的這樣一個發射窗口,每天都有,所以可以提高這次發射的概率。
那麼第三個值得一提的就是這次任務「天問一號」火星探測器,它的重量達到5噸,所以這也意味著長徵五號遙四火箭要把一個5噸重的探測器加速到能量達到擺脫地球重力的逃逸能量。
「天問一號」飛行器還是目前是我國重量最大的深空探測器。託舉最大重量的深空探測器加速到脫地球重力的逃逸能量,這其中要考驗運載火箭的能力。
長五正式執行任務,走向更遠的深空
問:此次任務是長徵五號的首次應用性飛行,那麼這次的任務和之前的發射任務到底有哪些不同呢?
王珏:一個火箭在研製之初,首次飛行以及最初的幾次飛行,往往要安排一些試驗性飛行任務。所以長徵五號的前幾次飛行任務,包括長徵五號的從遙一到遙三的飛行試驗,以及今年5月5日長徵五號B火箭的首飛任務,這些火箭的飛行任務都屬於飛行試驗任務性質。
飛行試驗任務的主要目的是考核驗證火箭各系統方案的正確性,各系統工作的協調性,產品的可靠性,工作水平,以及發射流程合理性等,這些有關火箭的重要的參數性能指標,所以它是以考核火箭的功能性能為主的飛行試驗。
當然準備這樣一個試驗是非常不容易的,這一類試驗同時也搭載著一些重要的載荷,比如像實踐二十號這樣非常先進的基於東方紅五號大平臺的先進載荷等等。
但是這些發射任務的性質主要還是以考核火箭方案的正確性,各系統工作的協調性,發射流程的合理性,還有產品的可靠性為主要目的。
一旦火箭進入到應用發射階段,那麼就意味著它通過前幾次試驗,對於長徵五號來講,特別是在遙二失利以後,通過全面的再設計、再分析、再試驗工作,通過遙三火箭以及五B遙一火箭的兩次完美的飛行,充分全面的驗證了火箭的技術方案的正確性,系統工作的協調性,可以承擔後續一系列國家重大航天工程的發射任務,包括探月三期任務和載人空間站任務,可以為航天強國的建設提供重要的支撐。
問:那麼可不可以理解成之前是一個預備隊員,現在是一個正式隊員?
王珏:可以這麼理解。所以進入到應用發射就意味著通過對火箭的評估,進入到執行正式任務的一個階段,它可以正式投入到國家重大工程的應用性發射,包括後續的一系列重要載荷的發射任務,包括商業發射的任務,所以這是對一個火箭來講,也是一個重要的一個標誌。
此次長五遙四火箭是第一次執行國家航天重大工程任務,首次行星探測的這樣一個任務,這在長五的研製歷程上也是一個重要的標誌和節點。
問:我們第一次的應用性發射,對於您和團隊來說最大的意義在於哪?
王珏:我想這次任務首先是意義特別重大,因為這次任務是我們國家第一次行星探測任務,開啟了我們國家行星探測的新篇章。
那麼它也是我們國家的航天事業,從人造衛星、載人航天、探月工程,到擺脫地球引力,走向更遠的深空,一個重要的裡程碑。
要打造一座通向宇宙的天梯
問:所以這次發射任務為什麼非長五莫屬?
王珏:我們國家的首次火星探測任務,採用在一次任務中完成對火星「繞、著、巡」的技術方案,可以說是一個有中國特色的重大技術創新。
「天問一號」火星探測器重量達到了5噸,把這樣一個重量的飛行器送入奔火軌道,我們國家目前只有長徵五號能夠勝任這項重大的任務。
問:長五的運載能力是有多大?
王珏:長五的近地軌道能力是25噸級,就是22噸到25噸。地球同步轉移軌道有14噸級,是12噸到14噸。這次因為火箭達到的速度更高,要把5噸的探測器送到奔火軌道上,長五的地火轉移軌道能力剛好達到了5噸級,正好可以滿足發射「天問一號」的要求。這在國際上面也是一個非常好的指標,是目前世界現役火箭達到的奔火的運載能力的最大能力。
問:對於長徵五號來講,在研製之初當時定的目標要承擔國家探月探火和載人空間站等一系列重大工程的這個任務,所以網上有一句話是火箭的能力有多大,中國航天的舞臺就有多大,怎麼來理解這句話?
王珏:形象的講,火箭就相當於打起一座通天的天梯,人類任何的在空間的開發活動,都需要把它送到空間去。所以這是人類開發空間、利用空間資源的一個重要前提和基礎。
所以我們就把一個國家進入空間的能力,形容成一個舞臺來描述,或者說,它就是一個國家開發空間、利用空間的一個重要前提和基礎。如果沒有搭建這樣的一個天梯,沒有這樣一個進入空間的能力,其他的一些空間開發活動很難進行開展下去。
任務緊:長五B首飛後只有兩個半月間隔
問:今年5月5日的長五B的成功到現在間隔的時間非常短,對於長五隊伍來說,這麼短的時間應該是第一次。面對這麼緊的時間,您是怎麼來應對這樣的一個短時間的挑戰的?
王珏:從長五B首飛到我們7月下旬的首次火星探火任務,間隔就僅僅只有兩個半月。那麼也就意味著,在上次發射以後,發射平臺和地面支持系統的恢復時間,相比原來我們的策劃時間進度要壓縮30%以上。而且這個時間正好是在5月份,那時候海南的天氣已經非常熱了,我們其中有13天的工作,只能是在場外進行,不能在場內。所以在這樣一個情況下,確實面臨著很大的挑戰。
如果按照一般的工作節奏,實際上是不可能完成這次任務,因為剛才說到的30%的壓縮量是已經是在原來壓縮的基礎上,最早是35天壓縮到31天,後來又要壓縮到20天,是這麼一個要求。而且這個要求是,其中有13天的工作,必須是在室外進行。
但是我們的任務要求沒有退路,因為火星的窗口一旦錯過,我們今年和明年都無法實施火星探測任務。所以當時挑戰擺在我們面前,就是必須要在給定的時間裡面,盡我們的一切可能把任務搶出來。
用我們地面恢復團隊的話說就是「拼了」,這個團隊非常辛苦。長五B遙一火箭1月份進場,發射平臺和地面支持系統的團隊在今年的1月份就進場來到海南,半年多一直堅守在這裡,沒有回去,就是這群可愛的人,一群可愛的團隊,在為這樣一個事業一直在努力和奮鬥。
為了按計劃完成恢復工作,大家一方面優化流程,另一方面就是加班加點,和發射場的同志密切配合,還真是把我們原來認為不太可能的事還提前一天完成。
其間這個團隊付出了非常艱辛的努力,有一個叫徐崢的師傅,因為他們在平臺上工作,一旦上去以後就很難下來,因為他要連續工作。在工作期間,徐師傅腎結石犯了,非常疼,但是他一直堅持在一線,很多同志勸他下來,他表示一定要堅持把工作做完了才下來。還有的同志有中暑的現象,但大家都克服這樣一個困難。
最後不僅按時而且提前一天完成了發射平臺的設備恢復工作,這為我們火箭測試創造了有利條件,使得整個的工程任務能夠按節點順利進行,為這次整個火箭在規定的窗口來實施這次首次火星探測任務,作出了重要的貢獻。
問:目前「胖五」應該是我們國家能力最大的一型火箭,也會承擔未來國家很多的航天發射任務,能不能給我們再介紹一下未來長五的主要用途是什麼?他將在航天領域當中承擔什麼樣的任務和使命?
王珏:長徵五號目前已經明確的任務,包括我們國家的探火任務、探月三期任務和載人空間站任務。後續還有一系列基於東方紅五號大平臺的各類大載荷衛星,都將由長五來發射。另外,我們國家還將啟動探月四期任務和深空探測任務,這些任務都需要長徵五號來提供有力的支撐。發射現場直播
【記者】王詩堃
【作者】 王詩堃
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