2020-06-23 18:19:28新京报 记者:倪伟 编辑:张畅
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收官发射为何推迟?揭秘长三甲系列火箭护送北斗之路

2020-06-23 18:19:28新京报 记者:倪伟

此前故障发生在火箭发动机减压阀。

新京报讯(记者 倪伟)6月23日9时43分,北斗三号系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心成功发射,提前半年完成北斗三号全球卫星导航系统星座部署目标。

 

此次原定的发射窗口为6月16日,但由于长征三号乙运载火箭出现故障,推迟了7天。新京报记者获悉,故障发生在火箭发动机减压阀。

 

这是长三甲系列发射任务中罕见的波折。自2017年11月5日,长三甲系列火箭执行首次北斗三号发射以来,至今以18次发射完成组网任务。2000年以来,长三甲系列火箭承担了北斗导航工程全部发射任务,堪称“北斗专列”,在北斗任务中成功率达100%。

 

2年半如何实现高密度组网?记者从火箭研制方中国航天科技集团第一研究院(以下简称“火箭院”)获悉,原因在于成熟的搭配、新型科研体制,加之适应性的改进。


西昌卫星发射中心,执行北斗三号最后一颗组网卫星发射的长征三号乙运载火箭转运至发射区。航天科技集团一院供图

 

发射推迟原因公布:发动机减压阀出现细小裂纹

 

6月16日凌晨,官方公告称,因为实施此次发射的长征三号乙运载火箭在临射前测试过程中,发现产品技术问题,发射任务推迟。长三甲系列火箭副总设计师李聃在媒体采访中,介绍了具体原因:故障出现在“压力数据低于设计指标”。

 

15日晚在射前功能检查时发现这一问题后,短时间内就找到了故障点,火箭院连夜组织相关单位在北京进行了问题复现和结果比对,证明了问题发生的机理。

 

《中国航天报》的报道呈现了更多细节。《发射推迟的这些天,发生了什么?》一文透露,科研人员15日晚间发现,火箭三级发动机的I分机中,减压阀压力数据出现异常。其状态直接关系三级发动机能否正常工作,关乎任务成败。

 

操作人员按流程进入火箭舱体中,对减压阀进行检查,发现壳体上有一个鸡爪形的细小裂纹。科研团队决定紧急更换备份产品。临近夜里12点,新更换的同批次产品经检测工作状态正常,如果进行替换,具备实施任务条件。不过,本着慎之又慎、万无一失的考虑,任务指挥部还是决定,发射任务推迟。

 

据该报道,16日白天,问题产品被迅速送回北京接受材料检测,当晚就证明了问题发生的机理。18日,决定使用合格替代产品继续执行发射任务。

 

然而,由于夏季气温较高,推迟两天以后,已经加注常规推进剂的火箭贮箱内,燃料温度和气枕容积出现变化,已不满足发射实施条件,只能泄出推进剂,重新加注。

 

于是,长三甲系列火箭进行了历史上前所未有的最大规模推进剂泄出及重新加注。“从19到20日,火箭一级、二级及四个助推加注口以上的氧化剂、燃烧剂分别安全完成泄出操作。粗略计算,泄出量约占加注燃料总量的3/4,规模之大世所罕见。”报道称。

 

其后,火箭最终实现“不带疑点加注、不带隐患上天”,于6月23日上午成功发射,卫星精确入轨,北斗卫星发射的成功率保持在100%。

 

李聃坦言了此次推迟承担了巨大压力。此次发射是北斗系统建设全面完成的标志,在发射前,媒体进行了密集的宣传报道,在中国航天历史上都是罕见的。“说没有压力是骗人的,但是在巨大的压力面前,指挥部之所以作出这样的决定是尊重科学,坚持原则的结果。”


长三甲系列火箭图,从左至右依次为长三甲、长三乙、长三丙。航天科技集团一院供图

 

单系列发射破百次 长三甲系列年发射量占长征家族半壁江山

 

这是北斗卫星发射中罕见的推迟。

 

长三甲系列火箭作为航天领域知名的“金牌火箭”,一直以可靠著称,经历过重重考验。李聃回忆,多年前一次北斗发射中,发射场周边雷电交加、暴雨如注。指挥部根据气象部门给出的专业意见,同意按原计划发射,最终任务圆满成功,创造了恶劣气象条件下中国航天发射的新纪录。

 

长三甲系列火箭包含三种构型:长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙,芯级结构相同,捆绑助推器的数量分别为0个、4个和2个。三者均为大型低温液体运载火箭,可以根据不同任务需求来选择。

 

自2000年10月31日,长征三号甲系列运载火箭发射我国第一颗北斗导航试验卫星起,至本次,共以44次发射将59颗北斗卫星成功护送升空,成功率100%,因此长征三号甲系列火箭也被称为北斗组网工程的“专属列车”。其中三型火箭分别执行过12次、22次和10次北斗卫星的发射。

 

除了北斗工程,今年26岁的长三甲系列火箭,还成功执行过风云卫星、天链卫星、嫦娥探测器等重大任务。目前为止,这个系列的三型火箭一共飞行112次,成功率近97%,是目前我国发射次数最多的火箭系列,也是首个突破百次发射的系列。

 

近几年,长三甲系列在国内一直处于高强密度发射状态,连续5年保持长征火箭家族发射次数排名第一。2019年长三甲系列发射12次,占长征火箭发射总次数的48%。

 

基于出色的发射记录,长征三号甲系列火箭在商业卫星发射服务中的保险费率已经处于国际最低水平。

 

破解快速组网与高成功率矛盾 长三甲发射周期缩至约20天

 

北斗三号建设堪称“神速”,仅2年7个月就完成30颗星组网,其间还发射了2颗北斗二号卫星。

 

这是我国航天历史上规模最大的星座,也是最密集的同型号卫星发射。“高风险的航天领域,质量和进度、质量和数量一直是一对矛盾。”北斗三号工程卫星总设计师谢军曾说。

 

这样的速度下百分之百成功率,简单来说,依靠的是快速的火箭和卫星制造能力,以及成熟的发射技术。

 

据火箭院长征三号甲系列火箭总指挥岑拯介绍,研制队伍为适应高密度发射北斗卫星,形成了一套管理模式,改变过去每次任务专门研制一发火箭的“单件定制”模式,形成“组批生产”模式,通过模块化、通用化、去任务化的方式设计生产火箭。

 

这样的模式,让长三甲系列火箭批量诞生。记者从火箭院了解到,如今火箭研制生产能力从一年2至3发提高到8至10发,发射周期从60天减少到21天,发射队伍从300人降到100人左右。

 

特别是2018年7月10日至11月19日的133天中,长三甲系列密集发射7次,平均19天即发射一枚同型号火箭,创造了北斗组网高密度发射纪录。

 

应对“北斗专列”密集发车 “太空摆渡车”首次亮相

 

长三甲系列火箭与北斗卫星是一对老搭档,携手长达20年。

 

从2017年下半年北斗三号发射开始,两年多来,长三甲系列的任务重点再次转移到护送北斗工程。当然,其间也执行了其他重大任务,如2018年12月8日,长三乙成功发射了嫦娥四号探测器。

 

节奏陡然加快,为应对高密度的北斗三号发射,长三甲系列火箭系统进行了一系列适应性创新。

 

比如,由于北斗三号卫星分布在三个不同高度轨道面上,需要长三甲系列火箭具备高、中轨道高度,东射向、南射向多方向的发射能力。研制团队为此开展了以地球同步转移轨道(IGSO)、中圆轨道(MEO)、地球同步轨道(GEO)发射轨道设计为代表的攻关,满足了工程对火箭运载能力和卫星轨道部署的双向需求。

 

另外,我国首个火箭上面级——“远征一号”,也在北斗工程中初次亮相。上面级被喻为“太空摆渡车”,在火箭完全与卫星分离以后,托着卫星的上面级,还能带卫星跑完“最后一公里”。这样就减少了卫星的燃料损耗,延长了未来在轨运行的寿命。

 

远征一号主要用在中高轨直接入轨任务中,可以将卫星入轨时间从数天缩短为数小时,而且不耗费卫星燃料。远征一号上面级在北斗三号工程中完成了 12次任务,将全部24颗MEO轨道卫星准确送入预定轨道。

 

北斗工程告一段落后,长三甲系列火箭不会止步。据火箭院介绍,后续在动力系统不做大改动的情况下,长三甲系列还将进行技术改进,进一步提高运载能力和可靠性。

 

新京报记者 倪伟

编辑 张畅 校对 赵琳

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