“長(zhǎng)七A”歸來的300多個(gè)日夜 填補(bǔ)中國(guó)運(yùn)載火箭高軌軌道運(yùn)載能力空白

3月12日，長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，成功將試驗(yàn)九號(hào)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。時(shí)隔361天，新一代中型高軌火箭“長(zhǎng)七A”終于正式入列，填補(bǔ)了中國(guó)運(yùn)載火箭高軌軌道運(yùn)載能力的空白。

一年多前的2020年3月16日，“長(zhǎng)七A”未能將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)失利。隨后，中國(guó)航天人開始了一場(chǎng)尋找答案、重整旗鼓的旅程……

迅速“歸零”

“長(zhǎng)七A”由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制。回想起一年前發(fā)射失利的場(chǎng)景，參與去年首飛發(fā)射的人員仍歷歷在目。

“前期的各項(xiàng)工作都很順利，起飛過程也很完美。但是飛到168秒的時(shí)候出現(xiàn)了故障。”長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載火箭副總指揮田玉蓉回憶道，在現(xiàn)場(chǎng)一片死寂的安靜中，大家的表情都凝固了。

首飛失敗的陰影深深烙在了試驗(yàn)隊(duì)員心中。“長(zhǎng)七A”試驗(yàn)隊(duì)“01”指揮員馬忠輝至今也忘不了，坐在回北京的飛機(jī)上，一種難以言說的不安和難過涌上心頭。

面對(duì)首飛失利和疫情防控的雙重壓力，試驗(yàn)隊(duì)員回京后主動(dòng)放棄了居家隔離的機(jī)會(huì)，選擇在長(zhǎng)征賓館集中隔離。

“大家都想要盡快找到原因，開展下一步工作。”田玉蓉說。各方專家、科研及工程技術(shù)人員隨即緊張有序地投入工作，對(duì)火箭的故障展開排查和修復(fù)。

馬忠輝回憶道，發(fā)射失利后兩三天，團(tuán)隊(duì)初步將故障定位在動(dòng)力系統(tǒng)。隨后，整個(gè)隊(duì)伍開始了和時(shí)間賽跑的“歸零”工作——找到造成故障的原因，將技術(shù)上不到位的地方補(bǔ)上。馬忠輝形容，這個(gè)過程就像是破案一樣。

通過觀看發(fā)射錄像，大家發(fā)現(xiàn)首飛過程中，火箭在一級(jí)飛行段末期距離一級(jí)分離僅剩下幾秒時(shí)間時(shí)出現(xiàn)異常。

發(fā)現(xiàn)問題后，作為箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的姚瑞娟主動(dòng)報(bào)名參與“歸零”。“每天判讀數(shù)據(jù)、開會(huì)討論，通常在半夜才能結(jié)束一天的工作。”姚瑞娟說。

要定位故障，光有理論分析還不夠，還需要在短時(shí)間內(nèi)完成試驗(yàn)，這給隊(duì)伍提出了高難度的考驗(yàn)。“試驗(yàn)系統(tǒng)非常龐大、復(fù)雜，如果出現(xiàn)什么破壞，沒有時(shí)間再做新的試驗(yàn)件，會(huì)直接影響火箭復(fù)飛。”航天一部三室強(qiáng)度組副組長(zhǎng)吳浩說。

經(jīng)過緊鑼密鼓的縮比試驗(yàn)和全尺寸試驗(yàn)，研制團(tuán)隊(duì)在不到10天的時(shí)間里便完成了原本1個(gè)月才能完成的試驗(yàn)。經(jīng)過持續(xù)的分析和試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)最終找到了“長(zhǎng)七A”首飛失利的原因。

面對(duì)這個(gè)從未預(yù)想到的問題，馬忠輝得出了一個(gè)教訓(xùn)：“技術(shù)問題是深?yuàn)W的，我們要敬畏技術(shù)。要嚴(yán)謹(jǐn)，要驗(yàn)證到位，千萬不能想當(dāng)然。”

勇敢復(fù)飛

經(jīng)過故障排查，2020年4月初，頂著巨大的壓力，型號(hào)隊(duì)伍提出要組織復(fù)飛。

“復(fù)飛任務(wù)至關(guān)重要，必須全力以赴保成功，打一場(chǎng)漂亮的翻身仗。”總設(shè)計(jì)師范瑞祥信心堅(jiān)定。

在充分汲取首飛失利教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，型號(hào)隊(duì)伍制定了“自上而下型號(hào)牽引、自下而上全員參與”的工作思路，全面開展再分析、再設(shè)計(jì)、再驗(yàn)證工作，按照45個(gè)線索共梳理形成201個(gè)工作項(xiàng)目。

工作進(jìn)度成為了擺在團(tuán)隊(duì)面前的最大難題。一發(fā)火箭從明確到飛行，按照研制流程需要兩年左右，多一發(fā)火箭的齊套，各個(gè)單位的生產(chǎn)壓力很大。

為了保證進(jìn)度，各單位集中一切資源保障火箭復(fù)飛，歸零、生產(chǎn)、試驗(yàn)、總裝同步進(jìn)行。團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行控制系統(tǒng)綜合試驗(yàn)時(shí)，正趕上北京新發(fā)地疫情，人手最少的時(shí)候只有兩三個(gè)人。但是隊(duì)員還是克服困難，高質(zhì)量完成了任務(wù)。

2020年12月30日，在所有參與者的共同努力下，一發(fā)箭的出廠評(píng)審?fù)瓿闪恕?ldquo;越是在失敗的情況下，大家越發(fā)團(tuán)結(jié)，朝著這個(gè)目標(biāo)盡最大能力努力。”田玉蓉說。

踏上征程

長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載火箭全體研制隊(duì)伍經(jīng)過300多個(gè)日日夜夜的奮戰(zhàn)，順利地踏上復(fù)飛新征程。

“任務(wù)雖然很困難，心里卻很高興。一年時(shí)間就有了復(fù)飛的機(jī)會(huì)，大家都很努力，充滿了干勁。”主任設(shè)計(jì)師孫海峰說。

組裝完畢的“長(zhǎng)七A”火箭挺拔高大，在完成一系列的總裝測(cè)試后，就進(jìn)入發(fā)射前的垂直轉(zhuǎn)運(yùn)程序。在轉(zhuǎn)運(yùn)路的盡頭，巨大的發(fā)射塔架，張開雙臂等著將“長(zhǎng)七A”遙二火箭攬入懷中。

“任何一個(gè)細(xì)小的失誤，都會(huì)使成千上萬人的心血化為烏有。”當(dāng)再一次坐在“01”指揮員位置時(shí)，馬忠輝心里難免有些忐忑，不是因?yàn)椴蛔孕牛且驗(yàn)閺?fù)飛的責(zé)任太過重大。

“5、4、3、2、1，點(diǎn)火!”馬忠輝端坐在火箭測(cè)試發(fā)射大廳的正中央，見證了這座發(fā)射場(chǎng)里今年第一個(gè)“點(diǎn)火”口令的下達(dá)。在這300多天的時(shí)間里，她的團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)守在自己的崗位上，沒有一刻松懈，終于等到了這一天的到來。

發(fā)射成功后，馬忠輝盡管一夜未眠，帶著深深倦容，臉上還是難掩興奮之情。30多分鐘過去，跟蹤結(jié)果表明器箭分離正常，大廳內(nèi)頃刻間掌聲如雷，歡呼聲一浪高過一浪。此時(shí)，馬忠輝向后靠上椅背，緊繃了一年多的弦終于慢慢舒展開來。

和陪伴“長(zhǎng)七A”潛心攻關(guān)的馬忠輝一樣，許多奮戰(zhàn)了300多個(gè)日夜的中國(guó)科技工作者趕到了轉(zhuǎn)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)為“長(zhǎng)七A”送行。為了這一刻，很多人傾注了自己大量的心血和美好的年華。

在馬忠輝看來，航天發(fā)射是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，任何一個(gè)細(xì)小的失誤都會(huì)影響成千上萬人的工作結(jié)果。這些工作看似平凡，實(shí)不簡(jiǎn)單，正是這看似平凡的工作托舉起了“長(zhǎng)七A”火箭復(fù)飛的成功。

根據(jù)目前任務(wù)安排，“長(zhǎng)七A”火箭在2025年前將每年執(zhí)行3到5次發(fā)射任務(wù)。從探月、探火到小行星探測(cè)，等待它的還有星辰大海。“逆風(fēng)飛翔”的中國(guó)航天人，將創(chuàng)造更多奇跡。

揭秘“長(zhǎng)七A”

■ 外表清秀 挺拔高大

“長(zhǎng)七A”火箭全箭長(zhǎng)60.1米，是在長(zhǎng)征七號(hào)火箭的基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而來，比長(zhǎng)征七號(hào)長(zhǎng)了7米。

細(xì)長(zhǎng)的火箭在穿出大氣層時(shí)，可能面臨“攔腰折斷”的風(fēng)險(xiǎn)。中國(guó)航天科技集團(tuán)一院“長(zhǎng)七A”火箭總體設(shè)計(jì)師沈丹說，為了解決這個(gè)問題，研制隊(duì)伍將長(zhǎng)征七號(hào)合練箭和長(zhǎng)征三號(hào)甲火箭的工藝貯箱進(jìn)行舊品利用，組裝出全箭模態(tài)用火箭，確保它的姿態(tài)穩(wěn)定和控制精度滿足任務(wù)要求。同時(shí)，火箭研制團(tuán)隊(duì)根據(jù)發(fā)射前數(shù)小時(shí)測(cè)量到的高空風(fēng)數(shù)據(jù)來調(diào)整火箭飛行姿態(tài)，讓其沿著最佳的路徑“御風(fēng)前行”，減少了火箭升空后的風(fēng)險(xiǎn)。

長(zhǎng)征七號(hào)火箭能滿足近地軌道貨運(yùn)飛船發(fā)射要求，但如果要將衛(wèi)星送入近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)36000千米的地球同步轉(zhuǎn)移軌道，它的運(yùn)載能力就不到4噸。“長(zhǎng)七A”在研制時(shí)，增加了長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭的氫氧三子級(jí)模塊，使它具備了地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力7噸的基礎(chǔ)，同時(shí)具備零傾角軌道、奔月軌道等高軌發(fā)射能力。

■ 技術(shù)創(chuàng)新 經(jīng)濟(jì)可靠

在火箭研制上，增加模塊可不是“搭積木”那么簡(jiǎn)單。中國(guó)航天科技集團(tuán)一院“長(zhǎng)七A”火箭總體主任設(shè)計(jì)師魏遠(yuǎn)明介紹，“長(zhǎng)七A”火箭在充分繼承長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭成熟模塊的基礎(chǔ)上，有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上導(dǎo)致火箭飛行失利的原因中，動(dòng)力系統(tǒng)故障占到了將近一半。“長(zhǎng)七A”采用了適應(yīng)典型故障模式的制導(dǎo)控制技術(shù)，火箭會(huì)根據(jù)位置、速度等信息，自行規(guī)劃一條最優(yōu)的路徑去飛行，更加智能。

此外，“長(zhǎng)七A”火箭通過技術(shù)創(chuàng)新，能減少一套分離機(jī)構(gòu)，大幅降低了分離系統(tǒng)的復(fù)雜性，提升了火箭的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

■ 主力火箭 任務(wù)重大

中國(guó)航天科技集團(tuán)一院“長(zhǎng)七A”火箭副總設(shè)計(jì)師馬忠輝介紹，采用液氧煤油推進(jìn)劑的綠色環(huán)保火箭“長(zhǎng)七A”，是新一代運(yùn)載火箭的主力火箭之一，其發(fā)射成功標(biāo)志著我國(guó)航天中型運(yùn)載火箭升級(jí)換代。

據(jù)悉，“長(zhǎng)七A”火箭能滿足中大型高軌衛(wèi)星高密度發(fā)射需求，未來在36000千米的地球同步軌道上，將和具備5.5噸運(yùn)載能力的長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭、具備14噸運(yùn)載能力的長(zhǎng)征五號(hào)火箭一起，形成更加優(yōu)化、合理的能力布局，大力提升中國(guó)航天進(jìn)入空間的能力。“長(zhǎng)七A”火箭后續(xù)將逐步成為我國(guó)中型高軌火箭的一個(gè)基本型，承擔(dān)一系列國(guó)家重大任務(wù)。

中國(guó)航天科技集團(tuán)一院“長(zhǎng)七A”火箭總指揮孟剛表示，根據(jù)目前任務(wù)安排，“長(zhǎng)七A”火箭在2025年前將每年執(zhí)行3到5次發(fā)射任務(wù)，后續(xù)還將根據(jù)任務(wù)需求升級(jí)，發(fā)射零度軌道傾角衛(wèi)星以及執(zhí)行探月、探火和小行星探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)的發(fā)射。