10月1日,嫦娥二号卫星发射在即。坐在操作台前的嫦娥二号火箭系统总设计师姜杰下意识地摸摸自己的脉搏。她能明显感到自己心跳加快。
多年来,这似乎已成为每次发射任务前姜杰的一种习惯。
“3、2、1、点火……”
一声地动山摇的巨响后,橘色的火焰托着白色的箭体缓缓上升,才十来秒的功夫,箭体就钻进了云层。对观看发射的人们来说,这样表演结束得有点快。
但对操作台前的姜杰来说,从升空后划出轨迹的那一刻起,火箭20多分钟的飞行生命在这时显得特别漫长,她甚至可能会暂时忽略一枚火箭从研制到发射间七八年历练。
在嫦娥二号任务中,长三丙火箭自起飞到与嫦娥二号卫星完全分离需经过1500多秒,姜杰和她的同行不光对这25分钟里7个飞行段的状态了如指掌,甚至能精确到秒地说出控制状态。
这些年,长三甲系列火箭进入高密度发射期,身为中国航天科技集团公司一院长征三号甲系列运载火箭总设计师,姜杰每年有三分之一的时间都在试验场,用她的话说,“每一次发射都很重要,必须全力以赴”,“心跳”的感觉也如影相随。
但她似乎爱上了这种等待。因为“发射成功带来的喜悦无法言表,看着火箭升空后划过的轨迹,那种感觉美妙极了。”
“这145秒内是否能够稳定飞行,对于长三丙火箭而言,是一个巨大的挑战”
不少人都还记得,嫦娥一号是通过慢慢调整轨道,在飞行了13天14小时19分、行程206万公里才到达月球。这一调相发射轨道方式被人比喻为“走步梯”。
但嫦娥二号卫星却不同,它的奔月之旅好比坐“电梯”——一步到位,由运载火箭将卫星直接送入近地点200公里、远地点38万公里的地月转移轨道。
这对运载火箭推力、卫星入轨精度提出了更高要求。因为发射卫星就像一种特殊的“打靶”,力量要把握得恰到好处——力量大了,卫星有可能直接撞上月球;力量小了,卫星又可能与月球擦肩而过。
实现这一目标,离不开成熟的火箭发射技术。一个现实情况是,迄今为止,人类已进行的100余次探月活动中,成功率仅有50%,其中多数问题源自火箭。
经过反复研究论证,发射嫦娥二号的重任交给了长征系列火箭的老幺——长征三号丙运载火箭。
一是因为推力适中,二是缘于性能稳定。自2008年首飞以来,长征三号丙运载火箭已进行了4次发射,成功率100%。
但它的最大的特征是只携带两个助推器,这完全不同于以前常见的四个助推器。这个设计带来的技术难点主要为轴不对称,也带来了飞行过程中的平衡问题。
姜杰这样描述火箭点火后状态:从离开地面的那一瞬间开始,火箭进入自主管理阶段,其在飞行过程中一系列的动作变化,皆来自于控制系统的指令。从这个角度来讲,控制系统在火箭中的地位相当于人的大脑。
“点火后,从助推分离、到火箭的一、二级分离,在这大概145秒的时间内,火箭都是在进行非全对称的飞行,这145秒内是否能够稳定飞行,对于长三丙火箭而言,是一个巨大的挑战。而控制系统的工作就在这145秒中内得到检验。”姜杰和控制系统的设计人员最迫切的任务,是提出了新的控制方法,从而实现对火箭飞行的稳定控制。
“设计人员前期做了大量的试验验证,并就围绕火箭在天飞行的状态做255种的仿真试验。”让姜杰感到欣慰的是,经过一年多时间的技术攻关,控制系统的设计人员最终为长三丙火箭量身定做了一套可控的“飞行程序”,首次实现了我国采用两枚助推器的结构不对称火箭的稳定控制。
“在航天事业中,很多时候成熟的技术并不代表没有风险”
嫦娥二号卫星的发射是长征三号丙火箭执行的第5次任务,此前保持着100%的成功率。
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