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长征三号甲系列火箭研制回顾(图)

2008/4/20 10:44:19 [稿源:中国新闻网] [作者:] [编辑:胡蓉平]
中新网10月24日电 新闻背景:长征三号甲系列火箭研制回顾

  特约记者 南燕

  长征三号甲系列运载火箭由长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙(简称长三甲、长三乙、长三丙火箭)三种大型低温液体运载火箭组成,是我国目前高轨道上最大运载能力的火箭群体,也是我国21世纪用于国内外应用发射的品牌和主力火箭之一。长征三号甲系列火箭具有技术性能先进、运载能力大、继承性好、适应能力强、发展潜力大等特点,它的研制成功是我国航天领域的一项重大技术创新成果,长三甲、长三乙火箭1998年荣获国家科学技术进步特等奖。

    “862”国家重点工程

  早在1982年,具有远见卓识的中国航天人就已经在认真思考中国运载火箭下一步发展技术和规划问题,从1982年4月到1985年9月,相继提出《长三甲火箭方案论证及运载火箭规划》、《关于长三甲火箭研制方案的报告》等专题技术论证资料。原航天工业部于1985年9月18至19日把长三甲火箭提到议事日程,讨论了长三甲火箭技术指标和技术途径问题。1986年2月28日,原航天工业部向国务院上报了《关于加速发展航天技术的报告》,提出开展长三甲火箭、东方红三号通信卫星、风云二号气象卫星、资源一号探测卫星的研制。1986年3月31日,国务院以“国发1986年41号”文件转批全国各省市、自治区,同意航天工业部提出的“一箭三星”规划,命名为“862”工程。5月3日,国防科工委发出《关于迅速开展广播通信卫星工程研制建设工作的通知》,长三甲火箭发射在东方红三号卫星被根据这些决定,航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院1986年秋初步组建了长三甲火箭研制队伍,拉开了长三甲火箭研制工作的序幕。

  时光的隧道进入20世纪90年代,我国通信卫星事业处于方兴未艾的阶段,几年前我国发射的东方红二号卫星的寿命均已到期,太空中已经没有国产转发器能够投入使用。当时在役的运载火箭没有能力发射高轨道重型通信卫星,国家电视、广播、通信事业面临着严重的困难,十万火急中,国家启动巨额外汇租用了“中星五号”缓解当时紧张的局势,同时也把期待的目光转向中国运载火箭技术研究院,要求加快新一代大推力运载火箭长三甲的研制速度,为发射我国第二代大容量长寿命广播通信卫星“东方红三号”提供运载工具。

  一箭双星定乾坤

  时势造英雄,重负建伟业,为了长三甲火箭的成功,研制队伍历经了八年的艰苦鏖战,一个个不眠之夜,一次次过关夺隘,一场场拼搏会战,至今历历在目,刻骨铭心。

  长三甲火箭三子级动力系统试车是为首次发射铺平道路,奠定基础的一战。长三甲火箭研制队伍的指挥者在三子级动力系统试车中果断地进行风险决策,创造了利用一发三子级火箭竖在试车台上连续进行三次点火试车的记录,在实施过程中还决定在试车台现场对三级YF-75氢氧发动机进行氢泵与氧泵的更换工作,如此大胆的决策既赢得了一年多的研制周期,又为国家节省了数以千万计的研制经费。三次试车是在1993年1~4月进行,试车台位于突兀的山头,数九寒天的日子里,塔上的最高温度只有零下5℃,参试人员在野外作业,大都冻得感冒发烧,但他们刚打过针吃点药又坚持上岗,在异常艰苦的环境下认真地安装各种导管,检查各种仪器,操作各种按钮,从没有人叫苦抱怨,百余名参试人员连续奋战四个多月,放弃元旦、春节两个传统假日与家人的团聚,经历了两次点火失败的考验,咬紧牙关,终于在第三次试车中取得成功,闯过了研制道路上的一大难关。

  1994年2月8日,是中国航天史上一个浓墨重彩的日子,长三甲火箭在青山环绕的西昌卫星发射中心进行首次发射,16时34分,随着惊天动地的一声轰鸣,长三甲火箭以雷霆万钧之势拔地而起,昂首飞向浩瀚苍穹,分别把“实践四号”科学探测卫星和一颗模拟星送入预定轨道,成功地实现了具有国际标准的一箭双星发射,标志着我国运载火箭技术及运载能力有了大幅度的发展提高,展示出我国具有发射高轨道重型通信卫星的能力,为迎接我国广播通信卫星应用事业崭新历史阶段奠定了坚实的基础。

  主力火箭名不虚传

  长三甲火箭首次飞行圆满成功后,研制队伍马不停蹄地转入第二战役,把目标瞄准了发射第一颗“东方红三号”卫星上。在距2月8日飞行试验成功的九个月后,1994年11月30日凌晨1时2分,长三甲火箭托举起“东方红三号”卫星宛如一条喷吐着烈焰的巨龙,照亮了发射场坪,划过沉沉夜幕,直刺茫茫太空。

  随后至2004年,长三甲火箭又进行了七次发射,分别把我国广播通信卫星、气象卫星、导航卫星送入太空:1997年5月12日发射东方红三号02星;2000年1月26日发射中星22号卫星;2000年10月31日发射北斗一号01星;2000年12月21日发射北斗一号02星;2003年5月25日发射北斗一号03星;2003年11月15日发射中星20号卫星;2004年10月19日发射风云二号04星,以上发射均获得圆满成功,发射成功率达到百分之百。

  长三甲火箭的研制发射成功,不仅展露了自身的神威和丰采,还引领出了长征三号甲系列火箭的另一重要成员—长三乙火箭,国际卫星通信组织在与中国长城工业公司签订的用长三乙火箭发射国际708通信卫星时,合同生效的首要条件就是长三甲火箭的发射成功。

  走向国际市场

  1985年10月,我国宣布长征火箭投入国际卫星发射服务市场。当时国际市场上最为活跃、需求最大的是发射高轨道(GTO)的地球同步通信卫星,而我国能够发射这种卫星的只有长征三号火箭,它的GTO运载能力最大也只有1.5t,在国际市场上的竞争能力不强。要想占领国际市场,必须开发运载能力更大、性能更好、适应性更强的运载火箭。国务院批准的我国第二期通信卫星工程计划,即“862”工程,为研制我国新的大型运载火箭提供了契机,也为长三乙火箭的诞生直接奠定了基础。正是因为国内外市场的需求,特别是我国改革开放的大政方针,使火箭发射服务走出国门,将发射外国的重型商业卫星作为我国大型运载火箭研制的牵引力,才使长三乙火箭的诞生成为可能。因此可以说,长三乙火箭是改革开放的产物,是长征火箭从封闭的科研院走向国际市场的硕果。

  长三乙是三级大型液体捆绑式高轨道重型运载火箭,是我国目前运载能力最大、技术最先进、构成最复杂的运载火箭,可以满足国内外日益发展的通信卫星事业的需要。1992年4月24日,中国长城工业公司与国际通信卫星组织在美国华盛顿草签了用长三乙火箭发射国际708通信卫星的合同,这是长三乙火箭在国际市场赢得的第一个合同,也是长征系列运载火箭第一次被国际上最具权威的卫星商选用,它的作用与影响已超出了合同本身,对世界商业卫星发射市场、对长征火箭的发展进程都产生着重要推进作用。根据合同,国防科工委于1993年2月1日正式批准长三乙火箭立项研制,其工作由长三甲研制队伍承担。从此,长三乙火箭的研制工作紧锣密鼓地全面展开。

   卧薪尝胆迎接挑战

  商场如战场,没有刀光剑影,没有厮杀呐喊,却处处都要经历生死般的考验,处处都要感受水与火的洗礼。1996年2月15日凌晨3时01分,长三乙火箭在西昌卫星发射中心发射国际708通信卫星时受到重创,火箭起飞2秒后惯性基准发生变化,22秒后撞在附近的山头上,星箭俱毁,惨遭失败。这一事件,在国际航天界引起轰动,中国航天事业蒙受着巨大损失。

  目睹失败,长三乙研制队伍难以置信、痛心疾首,他们原本沸腾的心忽然降至冰点,整个研制队伍承受着巨大的精神和心理压力。

  1996年2月18日,长三乙火箭首发飞行故障分析委员会、调查委员会、审查委员会开始工作,其中分析委员会由长三乙火箭的设计师系统组成。经过三个月挑灯夜战、艰难困苦的工作,他们提出了四种可能的故障模式,完成了12大类共125项(次)地面试验及大量的理论分析,终于在5月18日百分之百地复现了故障现象,理论分析与地面仿真试验证明,故障原因是由一只电子元器件的制造工艺缺陷,使其功能突然失效,造成平台随动环稳定回路28V供电电路开路,致使惯性基准倾倒,火箭飞行失败,这一结论经过调查委员会与审查委员会审查认定。在此基础上,又经过三个月的紧张工作,设计师系统提出并且完成了44项256条改进措施,实施前均经过严格的专家评审。按照国际商业发射惯例,研制队伍还向世界上的主要卫星经营保险商进行了故障调查报告宣讲,并得到了他们的认可。

  1996年2月24日,国务院李鹏总理到中国运载火箭技术研究院慰问加班职工,听取了长三乙火箭发射故障的分析报告,并做了重要指示,给长三乙火箭研制队伍极大的鼓舞和鞭策。

  卧薪尝胆、励精图治的长三乙火箭研制队伍在首次发射失利的一年半之后,终于盼来了扬眉吐气的一天,1997年8月20日1时50分,长三乙火箭成功地发射了美国为菲律宾制造的马步海通信卫星。胜利的喜讯传来,所有的研制人员无不潸然泪下、百感交集、为之动情动容。

  饱经磨砺始见春

  中国运载火箭的发展得到了国家及社会各界的大力支持和协同,长三乙火箭走向国际市场的每一步都得到了有关部门和广大用户的理解与扶持。就在长三乙火箭首飞失利陷入困境的时候,中国东方卫星通信公司把信任的目光投向了中国运载火箭技术研究院,于1996年3月30日毅然与中国运载火箭技术研究院签订了用长三乙火箭发射中卫一号卫星的订购协议。

  长三乙火箭迎来了国际卫星发射服务明媚盎然的春天,1997年10月17日3时13分和1998年5月30日18时0分、7月18日17时20分,三次成功地将亚太二号R、中卫一号、鑫诺一号卫星送入预定轨道,至此,长三乙火箭已将美国、法国制造的四颗卫星发射升空,产生了重大的技术、经济与社会意义。

  然而,国际卫星发射服务市场风云变幻,因美国在卫星出口许可证问题上的横加干扰和阻挠,长三乙火箭发射外星的项目被迫终止。2002年10月23日,亚太卫星广播公司在中国长征火箭走向国际市场陷于危机的时候独具慧眼,力挽狂澜,与中国长城工业公司在北京签订了用长三乙火箭发射亚太六号卫星的合同,12月10日,中国长城工业公司组织召开亚太六号卫星/长三乙火箭项目会,长三乙火箭承揽法国阿尔卡特公司制造的亚太六号卫星发射任务正式启动。

  2005年4月12日20时0分,长三乙火箭在西昌卫星发射中心扶摇上九霄,又奏迎春曲,成功地把亚太六号卫星发射升空,这是长三乙火箭在沉寂了七年之后的登台亮相,再次向世人展现了中国运载火箭的神韵和风采,再次在蓝天白云间为中国航天人谱写出荡气回肠的凯歌。

  关键技术先进可靠

  早在研制初期,长三甲系列火箭研制队伍就将长三甲、长三乙、长三丙作为一组系列火箭进行模块化、组合化与整体化优化设计,确定了以长三甲火箭为基本型的发展模式。长三甲火箭是在长征三号火箭的基础上采用重新设计第三级形成的大型三级低温液体火箭,全长52.52米,一、二子级直径3.35米,三子级直径3.0米,GTO的运载能力达到2600kg;在长三甲火箭的芯一级捆绑四个2.25米的助推器就派生出了长三乙火箭,它全长54.838米,GTO轨道运载能力可达到5200kg,运载能力仅低于俄罗期的质子号,当时位居世界第二位;在长三甲火箭的基础上捆绑两个2.25米助推器,又组合成长三丙火箭,GTO轨道运载能力可达到3800kg,长三丙火箭的设计工作早已完成,“十一五”期间将承担国防建设急需的各类应用卫星的发射任务。

  长三甲系列火箭的发展模式是按照当初提出的“上改下捆、先改后捆”的技术途径实施的,体现了模块化、组合化与整体优化先进设计理念。这一发展思路对长三甲及其发展型火箭的形成和大型火箭的发展规划起到了重要的指导作用。长三甲系列火箭共同构成了我国高轨道运载能力最大、适应性最强的运载火箭系列,其运载能力可以覆盖世界绝大多数应用卫星的质量,不仅显著地增强了我国商业火箭在国际卫星发射服务市场上的竞争能力,也为我国未来航天事业的发展创造了良好条件。

  长三甲系列火箭运载入轨精度高、适应能力强,其发射卫星的入轨精度与阿里安、宇宙神等世界上名牌火箭相当,达到20世纪末世界一流水平。长三甲系列火箭既可以一箭单星也可以一箭多星发射,既可以用于标准地球同步转移轨道发射,也可以用于超同步转移轨道或低倾角同步转移轨道发射,以及深空探测器发射,还可以在飞行过程中实现测向机动变轨、多次起旋、消旋、定向等,可以满足卫星用户多种不同使用要求。

  为使系列火箭的总体技术性能达到国际一流水平,在设计和生产制造过程中采用了大量性能先进的新技术,其中重要的共108项,重要技术创新项目22项,重大关键技术项目四项,即:YF-75氢氧发动机,是重新设计用于三级的氢氧发动机,在研制过程中遇到氢氧涡轮泵端面密封、螺旋管束式大喷管成型工艺多项技术难题。经过艰苦扎实的工作,攻克了一道道技术与工艺难题,发动机的结构可靠性首飞时已经达到0.97(置信度0.6)。动调陀螺四轴平台的研制成功,是我国将近20年来在火箭惯性器件方面的一大重大突破,是具有里程碑性质的成就。冷氦加温增压技术不仅在国内是首创的高难技术,即使在国际上也是属于仅被美、日等个别工业发达国家所掌握的新、难技术。低温氢气能源双向摇摆伺服机构,采用低温氢气气动机作为伺服机构的一次能源这一技术在国内是首创,在国外也未见到先例。

  以上技术水平为国内最高、世界一流,使长三甲系列运载火箭成为集高新技术于一体的品牌和主推产品,代表着我国运载火箭技术的最高水平。

   适应市场超前管理

  长三甲系列火箭诞生于我国改革开放、引入市场机制的年代,其研制历程、工程管理明显地烙下时代的印记。

  大型运载火箭的研制费、产品费一般都投入大,长三甲火箭的运载能力与阿里安-42P相当,远远高于印度的PSLV火箭,但产品费、研制费却分别是它们的15%和70%,这表明长三甲火箭的研制经费投入很少,而它的产出(运载能力、实际用途)却比较大,其中重要的原因是在设计与计划管理上采取了许多有效措施,如引入竞争机制,既提高了设计技术水平与产品质量,又加快的了研制进度、促进了管理、降低了成本。再如广泛采用经济合同的管理办法,实行承包责任制,使研制工作具有经济约束力,对节省经费起到了良好的作用。又如充分继承已有技术成果,采取一品多试、一试多效的运作模式。

  长三乙火箭靠对外发射服务的合同牵引而立项研制,其研制工作完全按照市场运营的机制进行管理。研制经费投入与进程均受合同条款的约束,全部设计、生产、试验活动均以兑现合同规定的标底为宗旨,一切研制实践活动均对合同负责。所有实践活动对卫星用户基本上是透明的,双方经常交流信息,这种开放式、专项合同经营的管理机制,完全不同于以往指令计划条件下封闭的管理模式。

  在国际卫星发射服务市场上,西方航天大国的运载火箭林立,竞争格外激烈,1992年长三乙火箭的前身长三甲火箭还只是在攻克技术难关、前景尚未明朗的时候,国际卫星组织就大胆选用一个尚在纸面上的运载火箭发射卫星,其中重要的一条要归功于我们对长三乙火箭的超前开发,直接向卫星用户推销宣传,取得良好的先入为主的促销效果。加之长征火箭飞行成功率高、价格低,使长三乙火箭赢得了第一个对外发射服务合同,也正是这个合同促使了长三乙火箭的立项诞生。

  长三乙火箭的研制经费来自卫星发射服务合同经费的部分份额,国家没有投入直接研制经费。这种利用已有的高技术基础,吸引外资再进一步发展高技术,既利用我国原有的长征火箭技术,签订外星发射服务合同,由此引发新型长征火箭诞生的道路是一种良性循环模式,值得重视。

  应用前景无限广阔

  进入二十一世纪以来,长三甲、长三乙、长三丙火箭成为我国发射国内、国外各类应用卫星的主推产品,承担着国内民用、军用、商业及国外卫星发射服务艰巨而繁重的任务。从2006年至2010年,长三甲系列火箭将要进行三十次应用发射,迎来了的前所未有的发射高峰期。可见,“十一五”期间是长三甲系列火箭的鼎盛时代。

  特别值得一提的是,2004年1月23日,由国务院总理温家宝批准绕月探测工程项目正式立项,为工程配套的运载工具首选长三甲火箭。嫦娥奔月、月兔捣药、吴刚伐桂是在我国民间千载流传的美丽神话,该工程以此命名,既引起了人们无限的遐想和神往,又激发了航天人敢上九天揽月的豪情壮志,长三甲火箭于2007年10月高擎起嫦娥一号卫星奔向月球,探索月宫无尽的奥妙,揭开宇宙神秘的面纱。

  结束语

  中国航天事业走过了风雨兼程的五十年,作为一门产业,航天事业的发展与建设国民经济、壮大国防力量、巩固国家实力密不可分。当人们因国力的稳固而安居乐业的时候;当人们因国防的强大而享受天伦之乐的时候;当人们因气象、通信、电视等事业的发达而受益无穷的时候,似乎不应忘记那些默默无闻的航天人。他们把一枚枚火箭发射升空,把一颗颗卫星送入轨道,把一片片爱意洒向大地,把平安、幸福和温馨带进每一个家庭。中国航天正造福于你,造福于他,造福于人类和未来。

  火箭升腾的辉煌和壮美只是瞬间,航天人对事业孜孜以求、无怨无悔的精神将永恒地镌刻在浩瀚太空,世代相传。

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