“長(zhǎng)征七號(hào)”遙一火箭組件正在吊裝

5月8日，在天津大火箭基地的裝配廠房?jī)?nèi)，“長(zhǎng)征七號(hào)”遙一火箭被緩緩放入特制的海運(yùn)集裝箱里，它將搭乘“遠(yuǎn)望21”航天運(yùn)輸船，經(jīng)過(guò)1800海里，抵達(dá)海南文昌航天發(fā)射中心，并于6月下旬首飛，完成我國(guó)載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室階段 4 次飛行任務(wù)的開(kāi)局之戰(zhàn)。

這段看似普通的歷程，承載著中國(guó)航天很多的第一次：這枚“長(zhǎng)征七號(hào)”火箭是天津大運(yùn)載火箭基地總裝并送出的第一枚火箭，這是長(zhǎng)征系列火箭第一次由海路整體運(yùn)往發(fā)射場(chǎng)，這也是海南文昌航天發(fā)射中心即將發(fā)射的第一枚運(yùn)載火箭，將翻開(kāi)中國(guó)航天低緯發(fā)射的新篇章。

這么多的第一次是怎么完成的？“長(zhǎng)征七號(hào)”有哪些新特點(diǎn)？中國(guó)首座海上航天城——文昌現(xiàn)在又準(zhǔn)備得如何？

新火箭“三板斧”

“長(zhǎng)征七號(hào)”是我國(guó)載人航天工程為發(fā)射貨運(yùn)飛船而全新研制的運(yùn)載火箭，和正在測(cè)試的“長(zhǎng)征五號(hào)”火箭一樣，是我國(guó)新一代運(yùn)載火箭中的大個(gè)子（總長(zhǎng)達(dá)53.1米），而且本事大。

“長(zhǎng)征七號(hào)”的本事首先就體現(xiàn)在運(yùn)載能力上?！伴L(zhǎng)征七號(hào)”采用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)等新技術(shù)，近地軌道運(yùn)載能力由9噸提高到13.5噸，雖然比“長(zhǎng)征五號(hào)”25噸的運(yùn)載能力少了近一半，但術(shù)業(yè)有專攻，“長(zhǎng)征五號(hào)”主要用于運(yùn)載重型空間站和載人航天任務(wù)，“長(zhǎng)征七號(hào)”則用于發(fā)射人造衛(wèi)星、拉貨或者載人。

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一研究院負(fù)責(zé)人打了個(gè)形象的比方，原有的火箭運(yùn)載能力相當(dāng)于“一居室”，伴隨空間站、深空探測(cè)、更大規(guī)模衛(wèi)星平臺(tái)的需求提出，需要更大的“三居室”，甚至“小別墅”?！伴L(zhǎng)征五號(hào)”“長(zhǎng)征七號(hào)”等新型火箭將基本覆蓋我國(guó)在所有軌道的應(yīng)用，其中，“長(zhǎng)征七號(hào)”未來(lái)將承擔(dān)我國(guó)航天80%的發(fā)射任務(wù)。

其次，“長(zhǎng)征七號(hào)”是一枚采用環(huán)保無(wú)毒的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的大型液體運(yùn)載火箭。以前，火箭使用的發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)推力70噸左右，火箭運(yùn)載能力僅有9噸，而且用的推進(jìn)劑還有毒。“長(zhǎng)征七號(hào)”使用新型120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，推力提高了六成，火箭運(yùn)載能力最大能提高3倍。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是液氧和煤油，都是無(wú)污染的環(huán)保燃料，不僅比常規(guī)推進(jìn)劑便宜六成，且易于存貯和運(yùn)輸，發(fā)動(dòng)機(jī)還能重復(fù)使用。

正因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為世界航天動(dòng)力領(lǐng)域的“珠穆朗瑪峰”。為了研制它，從2000年正式立項(xiàng)，到2012年120噸級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)研制成功，再到正在研制的500噸級(jí)大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)取得突破性進(jìn)展，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司六院的科學(xué)家先后經(jīng)歷過(guò)整機(jī)試車4次失敗的打擊，突破了高壓補(bǔ)燃關(guān)鍵技術(shù)80余項(xiàng)，使我國(guó)成為世界上繼蘇聯(lián)之后，第二個(gè)掌握高壓補(bǔ)燃技術(shù)的國(guó)家。

再次，“長(zhǎng)征七號(hào)”是我國(guó)首枚全生命周期的數(shù)字火箭。按照中國(guó)航天科技集團(tuán)中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院原黨委書(shū)記梁小虹的說(shuō)法，“長(zhǎng)征七號(hào)”采用三維協(xié)同、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和制造，火箭全研制流程沒(méi)有一張紙質(zhì)圖紙，代表了國(guó)內(nèi)運(yùn)載火箭最高研制水平。

例如，在研制階段，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司一院實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)審簽、發(fā)放和更改技術(shù)狀態(tài)管理，全箭模型數(shù)據(jù)規(guī)模超過(guò)20GB。

生產(chǎn)加工階段更是神奇實(shí)現(xiàn)了“一鍵式”加工。據(jù)梁小虹介紹，以前加工某零部件，首先要根據(jù)二維圖紙畫(huà)出工序草圖、手工編制工藝規(guī)程，然后進(jìn)行車、銑、鏜等系列工序?，F(xiàn)在，只需按動(dòng)數(shù)控機(jī)床按鈕，成品即刻完成，且合格率達(dá)100%。在航天703所的生產(chǎn)車間，呈現(xiàn)仿真視頻和三維工藝流程的終端大屏幕顯示器如今成了標(biāo)配，讓火箭生產(chǎn)越來(lái)越高大上。

在試驗(yàn)、裝配階段，“長(zhǎng)征七號(hào)”還應(yīng)用了時(shí)髦的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)火箭進(jìn)行虛擬裝配、虛擬試驗(yàn)，真實(shí)模擬火箭實(shí)際裝配和試驗(yàn)環(huán)境，提前預(yù)見(jiàn)可能發(fā)生的問(wèn)題，確保了火箭試驗(yàn)、裝配一次成功。

能耐如何煉成？

“長(zhǎng)征七號(hào)”的本領(lǐng)不是天生就有的，而是經(jīng)歷了千錘百煉的試驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2010年正式立項(xiàng)，5年的初樣研制中，研制隊(duì)伍完成了32 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完成了289項(xiàng)初樣大型地面試驗(yàn)。

例如，“長(zhǎng)征七號(hào)”的助推氧化劑箱的直徑達(dá)到2.25米，整箱長(zhǎng)度由此前的4.5米增加到13米，薄區(qū)厚度僅1.7毫米，和雞蛋殼差不多厚，是火箭研制生產(chǎn)中難度最大的部分之一。為此，科學(xué)家們不僅要研發(fā)各種成形、焊接的新技術(shù)，還要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)試車、常溫靜力試驗(yàn)、爆破試驗(yàn)等危險(xiǎn)測(cè)試。

例如，去年底進(jìn)行的全箭模態(tài)試驗(yàn)，需要把50多米高、近600噸重的“長(zhǎng)征七號(hào)”綁在全箭振動(dòng)塔上“蕩秋千”，以模擬火箭從起飛到助推器分離前100多秒的真實(shí)飛行狀態(tài)。

要做到這一點(diǎn)，首先需要建造足夠高的廠房。而在2008年，中國(guó)航天人進(jìn)駐天津大運(yùn)載火箭基地時(shí)，這里只有幾個(gè)工棚。如今，這個(gè)全箭振動(dòng)塔建筑面積達(dá)10230平方米，高93米，相當(dāng)于30多層樓房的高度，最大承載力為1500噸。科學(xué)家們將“長(zhǎng)征七號(hào)”用16根垂下來(lái)的粗鋼絲繩和底部的工裝托住，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程就如同坐在“秋千”上，當(dāng)然，這種振幅遠(yuǎn)不如蕩秋千那么大，甚至用肉眼都不易覺(jué)察。

再比如噴水實(shí)驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，火箭點(diǎn)火起飛時(shí)，箭體尾部噴出的火焰幾乎“直擊”發(fā)射平臺(tái)，使發(fā)射平臺(tái)瞬間接近3000攝氏度。這一溫度足以熔化絕大多數(shù)金屬和非金屬材料?；鸺鈿?、火箭發(fā)射平臺(tái)雖然由特殊材料制成，但高溫也很可能會(huì)對(duì)其內(nèi)部的儀器造成影響。

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們終于尋找到最為合適的噴水點(diǎn)。據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司一院15所大流量噴水降溫降噪系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人陳勁松介紹：“噴水系統(tǒng)分兩級(jí)。一級(jí)位于發(fā)射平臺(tái)上，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前向發(fā)射平臺(tái)噴灑一層5厘米厚的水層；二級(jí)位于發(fā)射平臺(tái)兩旁5米高的空中，當(dāng)火箭飛達(dá)5米高以后向箭體尾部火焰中心噴水。兩級(jí)噴水設(shè)施將各噴20余秒，完成400噸的噴水量?！?/p>

出海坐“沙發(fā)”

“長(zhǎng)征七號(hào)”如今正在前往海南文昌航天發(fā)射中心的路上。其大致運(yùn)輸線路是這樣的：火箭裝載進(jìn)運(yùn)輸船后，船從天津港出發(fā)，經(jīng)渤海、黃海、東海、臺(tái)灣海峽、南海、瓊州海峽等海域，經(jīng)過(guò)5至7天時(shí)間、航行約1800海里，到達(dá)海南省清瀾港西碼頭，再通過(guò)公路運(yùn)往火箭水平轉(zhuǎn)載準(zhǔn)備廠房。

可以發(fā)現(xiàn)，和以往坐火車不同，“長(zhǎng)征七號(hào)”這次走的是海路。為什么要海運(yùn)？在“長(zhǎng)征七號(hào)”火箭總體設(shè)計(jì)人員王旭看來(lái)，公路運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)且顛簸；鐵路運(yùn)輸則由于受中國(guó)鐵路隧道直徑的限制，超過(guò)3.5米直徑的火箭就不能通過(guò)；海運(yùn)則顯得更為平穩(wěn)、舒適。他比喻說(shuō)：“火箭從公路、鐵路運(yùn)輸，就像坐‘硬板床’；乘船從海上運(yùn)輸，就好似坐‘沙發(fā)’?！?/p>

具體來(lái)說(shuō)，火箭運(yùn)輸是否平穩(wěn)，有一個(gè)重要的考量項(xiàng)目——過(guò)載環(huán)境。王旭表示，“過(guò)載環(huán)境就像開(kāi)車時(shí)加速行駛或緊急剎車，過(guò)載環(huán)境差就會(huì)危害火箭的結(jié)構(gòu)?！笨茖W(xué)家們?cè)谑状魏＿\(yùn)過(guò)程中詳細(xì)記錄了起錨、起航、拋錨、靠港以及多種海況下的過(guò)載環(huán)境數(shù)據(jù)和振動(dòng)環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，海運(yùn)的過(guò)載環(huán)境數(shù)據(jù)不僅優(yōu)于設(shè)計(jì)值，而且僅為鐵路運(yùn)輸過(guò)載環(huán)境數(shù)據(jù)的1/3、公路運(yùn)輸?shù)?/2。

火箭運(yùn)輸是否舒適也有一個(gè)考量——振動(dòng)環(huán)境。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在海運(yùn)過(guò)程中，低于3級(jí)海況時(shí)，“長(zhǎng)征七號(hào)”火箭表現(xiàn)得較為平穩(wěn)；出現(xiàn)4級(jí)至5級(jí)海況時(shí)，箭體振動(dòng)環(huán)境相對(duì)惡劣。專家表示，即使這樣，這方面的數(shù)據(jù)也優(yōu)于公路、鐵路運(yùn)輸?shù)膶?shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

值得一提的是，為了讓“長(zhǎng)征七號(hào)”出海坐得舒服，我國(guó)還專門(mén)研制了第一艘載運(yùn)火箭的專用船——“遠(yuǎn)望21”。它創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一整套運(yùn)載火箭海上環(huán)境保障措施和火箭集裝箱減搖減振手段，成功地使火箭貨艙內(nèi)始終維持適宜的溫、濕度及鹽霧度。