为了火箭能上天,我国航天人有多拼?

2017-09-07 08:49 测控要闻   来源:蝌蚪五线谱   作者:朱磊

导读1990年7月16日,我国第一枚捆绑式运载火箭“长征二号E”(俗称“长二捆”)在西昌卫星发射中心成功发射,将一颗巴基斯坦科学试验卫星送入了预定轨道。“长二捆”的运载能力几乎比“长征二号C”翻了两番,它的成功首飞着实让世界吓了一跳。  

1990年7月16日,我国第一枚捆绑式运载火箭“长征二号E”(俗称“长二捆”)在西昌卫星发射中心成功发射,将一颗巴基斯坦科学试验卫星送入了预定轨道。“长二捆”的运载能力几乎比“长征二号C”翻了两番,它的成功首飞着实让世界吓了一跳。

法国《世界报》写道:“这是一枚令人生畏的火箭,它的成功,加强了中国运载火箭在世界市场的竞争。”

原来持怀疑态度的美国火箭专家也不得不赞叹:“它的成功,使中国火箭低轨道运载能力达到了世界先进水平,中国运载火箭技术迈上了一个新台阶!”

 

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“长二捆”发射升空

作为我国第一种捆绑式运载火箭,“长二捆”无疑具有里程碑式的意义。而且你很难想到,一枚火箭的研制通常需要四五年时间,而“长二捆”从批准立项到发射成功,仅耗时一年半,堪称世界航天史上的一个奇迹。不过,创造奇迹的过程却并不顺遂,有牺牲,亦有失败。

1、 缘起

1986年,对于美国航天界而言是灾难频仍的一年。

1月28日,“挑战者”号航天飞机在升空73秒后突然爆炸解体,导致7名机组成员全部罹难;

4月18日,一枚搭载着军事侦察卫星的“大力神34D”运载火箭在发射8.5秒后发生爆炸,酿成箭星双毁的严重事故;

5月3日,一枚携带气象卫星的“德尔塔”火箭在起飞91秒后失去控制,再次发生箭星双毁的事故……

 

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1986年1月28日,“挑战者”号航天飞机升空后爆炸

 

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1986年4月18日,“大力神34D”运载火箭升空后爆炸

美国无奈地停飞了航天飞机和多数运载火箭卫星制造商和运营商们便寄希望于欧空局。然而,恰在此时欧空局的火箭也出事了。5月30日,“阿丽亚娜二号”火箭因第三级未能及时点火而发射失败。于是,卫星制造商和运营商们又纷纷将目光投向了中国。

 

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“阿丽亚娜二号”火箭

面对爆满的国际商业航天发射需求,我国决定抓住这个机会,挤进世界航天发射市场。俗话说“没有金刚钻,别揽瓷器活”,想要从航天发射市场分一杯羹,必须得有拿得出手的大推力运载火箭才行。然而,当时的“长征二号”运载火箭在历经多次改型后已经触到了技术的天花板,起飞推力和起飞质量分别只有2960千牛和240吨,很难再有突破。抢占市场还讲求一个“快”字,必须在尽量短的时间内推出一款大推力火箭。既要快又要好,不少人犯了难。

在经过大量分析论证后,直到1988年,总设计师王德臣等人给出了一个大胆的方案:在技术成熟的“长征二号”火箭周围捆绑4个小火箭(即助推器),每个小火箭都安装一台和“长征二号”相同的发动机,如此一来,新火箭“长二捆”的起飞推力和起飞质量都将比“长征二号”提高近一倍。

 

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“长二捆”总设计师王德臣

2、 牺牲

方案有了,那就撸起袖子干吧。只是时间有些紧迫,航空航天工业部要求18个月内完成“长二捆”的研制和发射。

捆绑技术,一方面要求小火箭能够牢固地捆绑在芯级周围,以推动火箭飞行,另一方面又要求小火箭在燃料消耗完后,能及时与芯级分离,因此火箭结构十分复杂,此前我国从未采用过。时间紧、任务重,所有人都想方设法缩短工期。

一天,总装二级箭的车间主任找到总指挥王永志,自信地说:“我们有能力对总装时间压缩再压缩,给我一个半月就能完成。”王永志听罢嘿嘿一笑:“哪有一个半月,只能给你18天!”

就这样,从总设计师到一线工人,全都夜以继日地连轴转,仅100天就绘制了44万张图纸,一年左右便完成了8000多项生产任务、300多项地面试验。

 

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1990年,“长二捆”总指挥王永志在首次发射前留影

1990年7月8日,第一枚“长二捆”终于如期出现在了发射场。正当所有人都期待新火箭一飞冲天时,意外却发生了:一级火箭尾段竟然向外冒黄烟!原来,火箭所用的推进剂四氧化二氮具有很强的腐蚀性,推进剂管路中的一个密封垫圈遭到了腐蚀,四氧化二氮便逃了出来。四氧化二氮有剧毒,会危害现场工作人员的健康,更令人揪心的是,万一旁边的燃料偏二甲肼也渗漏,将会引发起火爆炸。

 

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由于四氧化二氮和偏二甲肼有毒,工作人员在检查火箭加注设备时必须全副武装

情况万分危急,必须立刻抢修。然而,别看火箭尾段体积不大,却安装了众多仪器设备,人在里面根本动弹不得。而且,尽管人们已经泄出了推进剂,但火箭内部仍难免有毒气残留,工作人员必须穿着臃肿的防护服,时值酷暑,操作10分钟就会满身大汗,不得不换人。尽管大家都身穿防护服,可由于火箭尾段空气不流通,毒气含量大,当抢修任务完成时,居然有十多位工作人员因为中毒倒下了,其中一位甚至献出了宝贵的生命!

3、 失败

后来的事儿大家都知道了,1990年7月16日,航天人用生命换来了第一枚“长二捆”的成功发射。

 

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“长二捆”飞行时序

大推力运载火箭这个“金刚钻”有了,国际订单也就来了。1992年3月22日,西昌发射场,第二枚“长二捆”搭载着一颗澳大利亚卫星蓄势待发。

“预备——点火——”随着口令发出,火箭尾部喷出熊熊火焰,然后,就没有然后了。现场的工作人员和看电视直播的吃瓜群众等了很久也没看到火箭飞起来,发射失败了。作为总设计师,王德臣的心情瞬间跌到了谷底,不过他立刻意识到必须竭力保住卫星和发射设施。当时火箭尾部还有推进剂在燃烧,空气中到处弥漫着鱼腥味,随时都可能发生的爆炸,王德臣可顾不上这些,几分钟后他便和抢险队员们一起出现在了发射现场。经过连续两天的奋战,终于保住了火箭和卫星,这时人们才惊讶地发现,王德臣几乎一夜白了头,整个人变得十分苍老。

1992年3月22日,“长二捆”发射失利现场(爱奇艺视频)

17天后,调查结果出来了,所有人都大吃一惊,失败竟是由于一个小小的铝屑!原来,点火电路的一个触点上不慎落有多余的铝屑,其产生的电弧接通了旁边的关机触点,导致控制助推器发动机的电爆管通电爆炸,两个助推器的发动机因而错误关机,火箭的“心脏”动力不足,自然无法飞起来。

教训是深刻的,航天发射容不得一丝马虎。痛定思痛,人们制定了严格的规章制度来防范多余物的出现。4个多月后,第三枚“长二捆”终于成功了。

第三枚好不容易成功了,谁料,第四枚又出了幺蛾子。1992年底,第四枚“长二捆”发射48秒后,卫星爆炸了。后来,第五枚成功了,第六枚又发生了升空50秒后卫星爆炸的事儿。奇怪,为何卫星总是爆炸呢,而且还都是在发射约50秒后?

几个月的调查分析后,原因终于水落石出。原来,火箭在升空50秒后飞行速度会跨过声速,此时空气阻力急剧增加,导致火箭和卫星强烈振动。糟糕的是,卫星是一家美国公司设计生产的,出于技术保密,他们没有向中国提供卫星结构特性的数据,因此尽管我国的研制人员对振动问题忧心忡忡,却无法进行火箭和卫星的振动耦合分析。谁知卫星的振动频率竟和火箭的振动频率相近,于是最让人担心的事情发生了,卫星和火箭发生了共振,造成推进剂泄漏爆炸。

4、 谢幕

原因找到了,美国的卫星生产商终于愿意交出卫星结构特性的数据了,于是问题迎刃而解。

1995年11月28日,第七枚“长二捆”成功将亚洲卫星公司的一颗卫星送入预定轨道。一个月后,第八枚,也是最后一枚“长二捆”,同样圆满完成了任务。

“长二捆”的研制过程充满了曲折,但梅花香自苦寒来,正是在摸爬滚打中,我国掌握了火箭的捆绑和横向分离技术、力学环境预测和控制技术等诸多新技术,为后来发展更先进的运载火箭和实施载人航天工程奠定了坚实基础。在后来者中,最著名的非“长征二号F”莫属,它由“长二捆”改进而来,在近二十年里,成功将神舟系列飞船和天宫实验室送上天。

 

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长征系列运载火箭家族部分成员,“长二捆”的捆绑技术后来被诸多火箭型号采用

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