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走近长征七号A运载火箭,这个帅气“高个子”不一般!

2021-04-09 10:50:17 来源:解放军报
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这个帅气“高个子”不一般

■武勇江 解放军报记者 安普忠 王凌硕 岳雨彤

走近长征七号A运载火箭,这个帅气“高个子”不一般!

图为长征七号A运载火箭。郭文彬摄

2021年3月12日,中国文昌航天发射场,随着一道绚丽的尾焰划过天际,长征七号A运载火箭点火升空,将试验九号卫星成功送入预定轨道。

长征七号A运载火箭的成功发射,拉开了2021年我国新一代运载火箭发射大幕,标志着我国新一代中型运载火箭家族又添新成员。

今天,让我们一起走近“长征家族”新成员——长征七号A。

“亲兄弟”使命大不同

作为长征七号系列运载火箭的“新成员”,长征七号A有着鲜明的家族特征,也是个帅气的“高个子”。但仔细对比,人们会发现许多不同的地方。

作为长征七号的“亲兄弟”,长征七号A全长60.1米,高出长征七号7米之多。

原来,长征七号是一型“二级半”构型的火箭,而长征七号A是一型“三级半”构型的火箭,后者多出一个第三级。

所谓“二级半”,就是指火箭的芯一级、芯二级再加上助推器这个“半级”。长征七号A作为“三级半”,自然是多出了一个“芯三级”。多出的“芯三级”模块,主要是为长征七号A提供飞往更高轨道的动力。

为了更好地完成未来高轨卫星发射任务,长征七号A的整流罩柱段高度为5.5米,比长征七号整流罩柱段高度8米矮了一点。这一变化,是由于火箭有效载荷由货运飞船变成了卫星。

提起这个“新成员”,该火箭工程总指挥孟刚相当自豪。2018年3月,研制团队开始对火箭方案进行深化论证。2019年12月,该型火箭就完成了出厂评审。可以说,它是在长征七号基础上,与长征三号甲系列火箭三子级组合形成的“三级半”火箭,是我国新一代中型运载火箭的主力构型。它的成功研制,填补了我国运载火箭地球同步转移轨道5.5吨至7吨运载能力的空白。

如果说长征七号是我国新一代中型运载火箭的代表,获得了载人空间站“货运专列”的称号,那么长征七号A就是一名填补运载能力空白的“高轨新兵”。

“长征七号A的成功发射,进一步丰富了长征系列运载火箭的型谱,不仅实现了我国中型运载火箭的更新换代,还将有力带动和牵引我国未来大、中型卫星的升级换代。”孟刚说。

“三突破”成就好技艺

虽然长征七号A继承了长征七号和长三甲系列火箭的成熟模块,但其研制过程绝非简单的“搭积木”。

“研制团队在关键技术上先后实现‘三突破’,为火箭成功发射奠定了基础。”长征七号A总设计师范瑞祥说。

关键技术的突破之一——大长细比火箭姿态控制技术。

长征七号A外形修长,是我国长征系列火箭中长细比最大的火箭。这给火箭姿态稳定控制增添了很大难度。

长征七号A总体设计师沈丹介绍,日常生活经验告诉我们,又细又长的硬东西大都容易折断,火箭也是如此。表现在长征七号A上,就是其基础频率降低。因此,火箭受到推进剂晃动等因素影响产生的耦合效果就更加明显。

为解决这个问题,研制团队采用“移花接木”的方式,将长征七号合练箭和长征三号甲工艺贮箱进行旧品利用,组装出一枚全箭模态用火箭。通过全箭模态试验,掌握了火箭弹性频率。在此基础上,研制团队开展控制系统姿态控制参数设计,并通过数学仿真和半实物仿真验证,确保火箭姿态稳定和控制精度达标,以满足任务要求。

关键技术的突破之二——高精度高空风场测量准实时双向风修正技术。

细长的火箭在穿出大气层时,每时每刻都会受到高空风干扰,升空后有“拦腰折断”的风险。对此,研制团队研发了高精度高空风场测量准实时双向风修正技术。该技术可以根据发射前数小时测量的高空风,调整火箭穿出大气层的飞行姿态,让其沿着最佳路径“顶风前行”,从而减少火箭折断的风险。

关键技术的突破之三——适应典型故障模式的制导控制技术。

国际航天领域的一项数据表明,导致火箭飞行失利的原因中,动力系统故障约占一半。如何在火箭发生故障条件下,通过控制系统自适应来实现其“起死回生”,成为近年来航天界的热点话题。

研制团队通过积极探索,在长征七号A上,采用一种更为智能的制导方式——适应典型故障模式的制导控制技术。火箭会根据位置、速度等信息,自行规划出一条最优飞行路径。此项技术的应用,使我国火箭控制技术达到了国际先进水平。

除此之外,长征七号A还采用了助推不分离和芯级不摇摆技术。世界上绝大多数火箭的助推器在完成使命后都会与第一级分离,我国其他长征系列火箭也是如此。有了这项技术,长征七号A可减少一套分离机构,大幅降低了分离系统的复杂性,提升了火箭的可靠性和经济性。这在国际上尚属首次。

“新成员”将派新用场

“长征七号A发射成功,是火箭研制历程中的一个重要里程碑。但这只是一个新起点,后续工作任重道远,仍然需要我们奋力拼搏。”孟刚说。

由于长征七号A能满足中、大型高轨卫星高密度发射需求,所以未来在地球同步轨道上,它将和具备5.5吨运载能力的长征三号甲系列火箭、具备14吨运载能力的长征五号一起,形成更加优化、合理的运载能力布局,大力提升中国航天进入太空空间的能力。

按照我国运载火箭升级换代策略,新一代运载火箭将在2025年前后,初步实现对现役火箭的更新换代。根据目前任务安排,2025年前,长征七号A任务安排饱满,每年将执行3至5次发射任务。

后续,研制团队还将根据任务需求,为长征七号A研制更大直径的整流罩构型;以长征七号A为基础,通过增加上面级等方案,实现零度轨道倾角卫星发射,执行探月、探火和小行星探测等深空探测任务。它将逐步成为我国中型高轨火箭的一个基本型,承担多项国家重大任务,为我国航天强国建设提供坚实保障。

“实际上,创新也是长征火箭大家族共同的‘家风’。”范瑞祥说,早在航天事业起步阶段,航天人就靠着自力更生,开创了“两弹一星”历史伟业。同样,通过几代航天人的大胆创新,中国航天相继取得了载人航天、月球探测、北斗工程等多项举世瞩目的成就。

追梦之路任重道远,创新之路永无止境。立足新的起点,新一代运载火箭的研制团队将接续奋斗,向着建设航天强国的目标大步前行!

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