文章來源：中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2020-01-22
2019年12月16日，長(zhǎng)征三號(hào)乙/遠(yuǎn)征一號(hào)運(yùn)載火箭順利將最后一組北斗三號(hào)MEO（中圓地球軌道）組網(wǎng)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，正式建成北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心星座。遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)作為專為我國(guó)新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制的軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器，自2015年成功首飛以來，精準(zhǔn)執(zhí)行了15次飛行任務(wù)，將4顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星和24顆北斗三號(hào)MEO衛(wèi)星準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，為順利完成北斗三號(hào)工程組網(wǎng)任務(wù)貢獻(xiàn)了重要力量。隨著最后兩顆MEO組網(wǎng)衛(wèi)星成功入軌，遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)任務(wù)圓滿收官。
為北斗工程而生
我國(guó)早在北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃之初，就提出要在短時(shí)間內(nèi)向中、高軌道發(fā)射數(shù)十顆衛(wèi)星的快速組網(wǎng)計(jì)劃。為滿足北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)快速部署的要求，時(shí)任北斗二號(hào)工程總設(shè)計(jì)師的孫家棟提出由“上面級(jí)”執(zhí)行直接發(fā)射入軌任務(wù)的設(shè)想。
圖為矗立在發(fā)射塔架的長(zhǎng)征三號(hào)乙/遠(yuǎn)征一號(hào)運(yùn)載火箭。 肖國(guó)軍 攝
長(zhǎng)三甲系列運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師姜杰說，上面級(jí)的工程決策非常重要，它是北斗工程的獨(dú)木橋，對(duì)工程能否順利組網(wǎng)起到了關(guān)鍵作用。“火箭直接將高軌道衛(wèi)星送入工作軌道是國(guó)家快速進(jìn)入空間能力的體現(xiàn)，雖然研制難度非常大，但它對(duì)于北斗工程而言是不可或缺的。”
以現(xiàn)有運(yùn)載火箭推力將新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入兩萬公里的軌道，或使用衛(wèi)星自帶的燃料進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移，不僅成本高，還將大大折損衛(wèi)星壽命。因此，采用基礎(chǔ)級(jí)與上面級(jí)組合方式實(shí)施直接入軌發(fā)射，成為北斗三號(hào)工程節(jié)省成本、提升入軌精度、實(shí)現(xiàn)星座快速組網(wǎng)的必備條件。
2009年年底，新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星重大專項(xiàng)工程立項(xiàng)，使用上面級(jí)與長(zhǎng)三甲系列運(yùn)載火箭組合實(shí)施直接入軌發(fā)射被確定為中圓軌道衛(wèi)星發(fā)射方案。航天科技一院運(yùn)載火箭系列總設(shè)計(jì)師龍樂豪說，我們的運(yùn)載火箭叫“長(zhǎng)征”，上面級(jí)比基礎(chǔ)級(jí)火箭飛得更高更遠(yuǎn)，可以叫“遠(yuǎn)征”嗎？
從那時(shí)起，以“遠(yuǎn)征一號(hào)”命名的上面級(jí)工程研制正式啟動(dòng)。2010年8月，一院一部選派18人成立研究室，專門負(fù)責(zé)上面級(jí)的研制任務(wù)。
長(zhǎng)三甲系列運(yùn)載火箭副總設(shè)計(jì)師葉成敏介紹，上面級(jí)的專業(yè)名稱為“軌道轉(zhuǎn)移飛行器”，相當(dāng)于“太空擺渡車”，它將有效載荷（如衛(wèi)星）從某個(gè)轉(zhuǎn)移軌道送入預(yù)定工作軌道或預(yù)定空間位置，是具有自主獨(dú)立性的航天運(yùn)輸飛行器。
“采用‘太空擺渡車’，體現(xiàn)的是技術(shù)創(chuàng)新和工程管理創(chuàng)新，是正確的決策，也是航天人的擔(dān)當(dāng)。”姜杰評(píng)價(jià)說。
凝心聚力攻克新專業(yè)
從2009年開始關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，到如今任務(wù)圓滿收官，10年來，遠(yuǎn)征一號(hào)試驗(yàn)隊(duì)傾注了大量心血。回想起產(chǎn)品研制初期的艱辛歲月，遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)型號(hào)辦副主任肖澤寧感慨萬千。
對(duì)于當(dāng)時(shí)的一院來說，研制上面級(jí)面臨的是全新的專業(yè)、全新的領(lǐng)域。作為連接火箭與衛(wèi)星的全新產(chǎn)品，上面級(jí)要同時(shí)具備運(yùn)載器和空間飛行器的雙重特點(diǎn)。“以前火箭飛十幾分鐘至半個(gè)小時(shí)就入軌了，遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)可以飛將近4個(gè)小時(shí)。”肖澤寧說。上面級(jí)面臨著在極端環(huán)境中飛行數(shù)小時(shí)、幾萬公里的考驗(yàn)，研制人員會(huì)遇到一些以往不會(huì)接觸到的難關(guān)，必須突破自主、準(zhǔn)確、可靠三大難題。
當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，國(guó)外公開的資料也不涉及核心關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)只能摸著石頭過河。“我們通過不斷地爭(zhēng)論、研討，想明白為什么火箭這樣做、衛(wèi)星那樣做，從而推導(dǎo)出我們應(yīng)該怎么做。”葉成敏說。
歷經(jīng)6年時(shí)間，研制團(tuán)隊(duì)先后突破了熱控、長(zhǎng)時(shí)間自主導(dǎo)航制導(dǎo)、長(zhǎng)時(shí)間滑行推進(jìn)劑管理等多項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)，開展了千余項(xiàng)地面試驗(yàn)，開展了大量的環(huán)境適應(yīng)設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證，采用了百余項(xiàng)新技術(shù)。肖澤寧說：“最難的還要數(shù)熱控試驗(yàn)。”
由于上面級(jí)要在空間環(huán)境中飛行數(shù)小時(shí)至幾十小時(shí)，因此對(duì)熱控和空間單粒子防護(hù)要求很高。“技術(shù)突破的難度非常大，我們不是怕工作量大，而是怕方向不對(duì)。”肖澤寧說。
研制團(tuán)隊(duì)向經(jīng)驗(yàn)豐富的衛(wèi)星研制兄弟單位學(xué)習(xí)，分析上面級(jí)與衛(wèi)星的共性和差異化。他們通過一系列分析比對(duì)，在主動(dòng)熱控環(huán)節(jié)，于推進(jìn)劑輸送管外側(cè)緊密纏繞加熱帶，保障機(jī)體溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，終于解決了上面級(jí)的熱控難題。
通過一系列復(fù)雜的技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計(jì)人員的認(rèn)知得到提升，從只考慮火箭到考慮空間和深空的層次，工藝和組裝能力也都得到全方位的提升。
2015年3月30日，長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭搭配遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)成功將第17顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星直接送入工作軌道，遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)成功完成首秀。同年7月25日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭搭配遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)以“一箭雙星”方式將第18、19顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，標(biāo)志著常規(guī)液體上面級(jí)技術(shù)完成了從方案設(shè)想到工程應(yīng)用的巨大跨越。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)進(jìn)一步確定了基礎(chǔ)級(jí)加遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)“一箭雙星”直接入軌發(fā)射成為北斗三號(hào)衛(wèi)星工程的主要發(fā)射方式。
助力中國(guó)航天開啟新遠(yuǎn)征
2018年，遠(yuǎn)征一號(hào)試驗(yàn)隊(duì)以一年8次任務(wù)全勝的好成績(jī)獲評(píng)一院最佳發(fā)射團(tuán)隊(duì)。通常情況下，成熟的型號(hào)可通過多年的任務(wù)積累來縮短流程，但對(duì)于遠(yuǎn)征一號(hào)而言，在開啟北斗三號(hào)衛(wèi)星發(fā)射之前，只有3次任務(wù)經(jīng)驗(yàn)，是什么讓研制團(tuán)隊(duì)敢于在這么短的時(shí)間里正面迎接“高密度”呢？
原來，早在遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)研制之初，研制團(tuán)隊(duì)就預(yù)見了后續(xù)的高密度發(fā)射態(tài)勢(shì)。他們從初始設(shè)計(jì)就聚焦高密度發(fā)射的應(yīng)對(duì)之法，積極推進(jìn)產(chǎn)品化工作，加速組批生產(chǎn)。同時(shí)，基于出廠測(cè)試的充分性，研制團(tuán)隊(duì)減掉了發(fā)射場(chǎng)電測(cè)流程，縮短了任務(wù)周期。
肖澤寧介紹，在過去的兩年里，遠(yuǎn)征一號(hào)研制團(tuán)隊(duì)不斷根據(jù)在軌衛(wèi)星傳回的溫控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)上面級(jí)熱控材料進(jìn)行替換，一發(fā)火箭節(jié)省成本幾十萬元。在進(jìn)行驗(yàn)證后，他們拿掉了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單機(jī)的設(shè)計(jì)冗余，并進(jìn)行“再設(shè)計(jì)”，不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，產(chǎn)品可靠性進(jìn)一步提升。今年第四季度，試驗(yàn)隊(duì)連續(xù)執(zhí)行3次發(fā)射任務(wù)，從8月底進(jìn)場(chǎng)，經(jīng)歷了9月23日和11月23日兩次發(fā)射后，到12月16日型號(hào)任務(wù)收官，僅23天就“搶”出來一次任務(wù)，是遠(yuǎn)征一號(hào)有史以來發(fā)射間隔時(shí)間最短的一次。
遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)的成功研制，創(chuàng)造了運(yùn)載火箭靈活、多樣的組合模式和模塊化、組合化、系列化的設(shè)計(jì)理念，極大程度地挖掘了火箭的搭載潛力。此后，研制隊(duì)伍跨過了一道又一道難關(guān)，并通過優(yōu)化改進(jìn)，研制形成了遠(yuǎn)征一號(hào)甲、遠(yuǎn)征一號(hào)S、遠(yuǎn)征二號(hào)等多個(gè)上面級(jí)產(chǎn)品，這些型號(hào)產(chǎn)品均取得首飛成功。
如今，“遠(yuǎn)征”與“長(zhǎng)征”搭檔，圓滿完成以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)為代表的多項(xiàng)國(guó)家重大任務(wù)，未來，更多、更好的遠(yuǎn)征上面級(jí)將助力航天人贏得國(guó)家任務(wù)與商業(yè)市場(chǎng)的新遠(yuǎn)征。
【責(zé)任編輯：李子紅】
