作為長征系列運載火箭又一個“首飛型號”和“長三甲系列”中的最后一位成員，長征三號丙火箭（以下簡稱長三丙火箭）的首次“登臺演出”無疑是中國航天2008年宇航發(fā)射任務的焦點。

臨近發(fā)射，長征三號甲系列火箭的總指揮岑拯的臉上依然掛著自信的笑容。在這位年輕的總指揮的帶領下，長三甲隊伍已經(jīng)成功續(xù)寫了長征系列火箭100次發(fā)射和輸送“嫦娥”九天攬月的神話。

他清晰地記得，長征三號甲系列火箭的前總師兼總指揮龍樂豪院士在他“履新”之際一番語重心長的話：我還有一個遺憾，就是沒有在我的手中，將長三丙火箭送入發(fā)射市場，希望你能彌補我的遺憾。

在龍樂豪看來，每一枚火箭是有生命的個體。他把“長著一雙翅膀”的長三丙火箭親切地稱為“老幺”。

春天的西昌，陽光如熾，花團錦簇，螺髻山上的杜鵑花開得漫山遍野，這是月亮城最美的季節(jié)。2008年4月25日，一場雷雨洗禮后的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，天高云淡。岑拯和火箭發(fā)射試驗隊隊員們一起，帶著對“老幺”的深情祝福，飽含深情地將長三丙火箭送向了遙遠的天際。

此時的長三丙火箭就像一位輕盈的天使，張開翅膀，奔向遠方……

22載濃情打造“老幺”

“在我經(jīng)手的火箭中，長三丙火箭無疑是研制歷程最長的一個火箭型號，22年的酸甜苦辣，我們把對這個型號火箭的情感也融入到了研制的每一個細節(jié)中。”

——龍樂豪（長征三號甲系列火箭的前總指揮兼總設計師）

誕生之前已有“婆家”：

外星牽引研制內(nèi)星牽引發(fā)射

時間回轉(zhuǎn)到22年前。

1986年，備受矚目的長征三號甲系列火箭正式立項，研制構(gòu)想被提上了議事日程。

“就像一套茶杯一樣，‘長三甲’既然有了基本模型，就應該在基本型的基礎上，讓種類多樣化，以適應更大的市場需求?！饼垬泛老蛴浾叽虮确秸f道。

要讓長征三號甲火箭“家族”成為一個真正的“系列”！憑著這樣的理念，在設計長征三號甲系列火箭的基本型時，設計師們就把日后研制多種運載能力的火箭納入了思考范疇。

爾后的八年，設計師們開始了艱苦的長三甲火箭基本型的研制，他們先后攻克了100項新技術、40多項重要技術以及4項關鍵技術，從厚厚的圖紙到總裝廠房的零部件，再到成形的箭體，每一小步的前進，都飽含了設計師們的心血。

隨著基本型的日趨成熟， 在長三乙火箭轉(zhuǎn)入正樣研制的同時也開展了對長三丙火箭的研制工作。

1995年3月至5月，長三丙火箭與長三乙火箭一起，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心順利地完成了發(fā)射場合練。此前，中國長城工業(yè)總公司已于1994年3月22日將長三丙火箭推向了市場，按照當時簽訂的商業(yè)發(fā)射合同，將由長三丙火箭來執(zhí)行對鑫諾一號衛(wèi)星和馬步海衛(wèi)星的發(fā)射。

“拿著設計圖去和外商談發(fā)射服務合同、拿著客戶支付的預付款開始研制”的佳話，讓眾人對長三丙火箭的誕生多了一份期待。

“可以說，長三丙火箭還沒有誕生，就擁有了‘婆家’，就肩負了重要的歷史使命——發(fā)射外星，可是最終，長三丙火箭發(fā)射的首顆衛(wèi)星卻是內(nèi)星，這點和她的‘姐姐們’不太一樣?！睋?jù)龍樂豪介紹，長三甲火箭肩負的主要任務是發(fā)射國內(nèi)衛(wèi)星，長三乙卻是為國際發(fā)射市場服務。前者是內(nèi)星牽引研制，內(nèi)星牽引發(fā)射；后者是外星牽引研制，外星牽引發(fā)射。而長城公司簽訂的兩項發(fā)射合同，最終由“老二”長三乙火箭在1997年～1999年完成。長三丙火箭也把在2008年4月25日發(fā)射天鏈一號01星，作為自己登臺的“首場演出”。

誕生過程歷經(jīng)“陣痛”：

研制歷程斷斷續(xù)續(xù)

1996年，長三乙火箭首飛失利，中國航天事業(yè)陷入了低谷。為了使長三乙火箭能夠盡快恢復發(fā)射，當時的航天工業(yè)總公司決定集中資源，將科技人員的主要精力投入到長三乙火箭的研制上，暫停了長三丙火箭的研制工作。

從此，長三丙火箭的研制進入了兩年的“休眠期”。1998年11月4日，隨著長三甲火箭和長三乙火箭的連續(xù)成功發(fā)射，長三丙火箭的研制也被獲批“解凍”，12年過去了，從最初的構(gòu)想到擱置后重拾研制方案，這讓龍樂豪感慨不已。

1998年至2000年，隨著發(fā)射任務的日趨繁重，發(fā)射市場亟需長三丙火箭來填補運載能力的空白。為了盡快填補我國運載火箭在運載能力上的空白，科研人員快馬加鞭、日夜兼程，長三丙火箭終于在2001年8月23日通過航天科技集團公司的權威專家評審，認為可以轉(zhuǎn)入應用發(fā)射階段。

2003年，天鏈一號01星獲批立項，這在一定程度上加快了長三丙火箭走向發(fā)射市場的步伐。

據(jù)航天科技集團公司科技委顧問、天鏈一號工程總師白拜爾回憶，2003年，當這個工程啟動時，圍繞“用什么火箭”，很多人持有不同意見：如果采用長征三號甲火箭，擔心“余量不夠”；而用運載能力更大的長三乙火箭，則顯得有些浪費。

被“雪藏”的長三丙火箭喚醒了很多人的記憶。綜合各種因素，航天科技集團公司最終確定了繼承成熟技術的長三丙火箭來執(zhí)行此次發(fā)射任務。顯而易見，沒有經(jīng)過任何試驗飛行的長三丙火箭，它的首飛將使研制人員面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。而備受矚目的長征三號丙火箭于2005年正式投產(chǎn)。

此時的長三丙火箭，終于能和她的姐姐們一起，接受發(fā)射市場的考驗與挑選了。

成熟技術大膽創(chuàng)新

“長三丙火箭充分繼承了長征三號甲火箭和長征三號乙火箭的成熟技術。但是在構(gòu)型上卻由于有兩個助推器，成為了中國運載火箭發(fā)展歷史上第一枚非全對稱火箭。因此，所有的技術狀態(tài)的改變都因為這個原因而產(chǎn)生?！?/p>

——岑拯（長三甲系列火箭總指揮）

兩個助推考驗“平衡”

作為長三甲系列火箭中的一個構(gòu)型，在充分繼承長征三號甲、長征三號乙運載火箭的成熟技術上，長三丙火箭其系統(tǒng)組成、分系統(tǒng)技術方案與長三乙火箭相同。

和長三甲火箭的“光桿”以及長三乙的“四人抬”不同的是，長三丙變成了“兩人抬”，即長三丙火箭芯一級Ⅱ、Ⅳ象限上捆綁了兩枚不帶尾翼的助推器，Ⅰ、Ⅲ象限上無助推器，安裝了兩片尾翼。

“就像抬轎子一樣，兩個腳夫力量有限，也就決定了承載的質(zhì)量。長三丙火箭只有兩個助推器，長三甲火箭沒有助推器，長三乙火箭有四個助推器，這就決定了長三丙火箭的運載能力在這兩者之間。”據(jù)龍樂豪介紹，目前長三甲火箭的運載能力為2.6噸，長三乙火箭的運載能力能夠達到5.5噸，長三丙火箭的運載能力為3.8噸，恰好介于這兩者之間。

在發(fā)射場，長三甲系列火箭的總指揮岑拯告訴記者，這是他任長三甲系列總指揮以來，干的第一個“首飛型號”。他指著長三丙火箭的“白色翅膀”向記者解釋到，長三丙火箭是目前我國第一枚結(jié)構(gòu)外形非全對稱的大型運載火箭，這對火箭在飛行過程中的平衡是一個巨大的考驗，同時也給火箭的姿態(tài)控制出了一個難題。設計師們根據(jù)自己多年的經(jīng)驗，在參照長三甲火箭和長三乙火箭的基礎上，反復分析研究、根據(jù)試驗修改參數(shù)，并多次請教相關專家，為增大安全余量，最終確定火箭再在捆綁兩枚助推器的基礎上安裝兩片尾翼。

總體設計“重新規(guī)劃”

總體部在火箭設計、研制中扮演著“靈魂”的作用?？傮w部的設計人員把對火箭每一個細節(jié)的“良苦用心”通過總體參數(shù)來予以體現(xiàn)，并最終傳遞給每一個分系統(tǒng)的設計人員。

“盡管長三丙火箭繼承了長征三號甲火箭和長征三號乙火箭的成熟技術和成熟產(chǎn)品，但是從總體參數(shù)來看，總體設計狀態(tài)與前兩種火箭有很大的不同?！币辉嚎傮w部副主任設計師李聃向記者如是介紹道。

他拿總體設計中的幾個重要組成部分——氣動設計、彈道設計、載荷設計、姿態(tài)控制設計為例，向記者剖析了其中的奧妙所在。

“拿氣動特性而言，正如不同外形的汽車，其在行駛過程中產(chǎn)生的風噪是不一樣的，因為各自遇到的空氣阻力是有差異的?！崩铖跸蛴浾叽虮确降?，此次長三丙火箭是一枚全新的火箭，它也必將遇到與長三甲火箭和長三乙火箭不同的氣動力和氣動熱的作用。為了確定火箭在飛行中各種氣動特性數(shù)據(jù)，設計人員必須通過大量的理論分析和試驗，充分考慮到火箭在大氣中飛行時受到的各種惡劣工況，這樣才能確?；鸺傮w設計的可靠性和飛行安全性。

設計人員把火箭的“飛行軌跡”稱為彈道。此次長三丙火箭起飛質(zhì)量約為343噸，相比于長三乙火箭的426噸，它的身軀顯得要輕盈一些。綜合考慮衛(wèi)星的軌道和入軌姿態(tài)要求、地面測控站的布局、殘骸落區(qū)的安全以及風速、風向等因素，設計人員重新為長三丙火箭設計了一條全新的“飛行路線”。要想讓火箭在飛行過程中全程受控，這條路線的“預設”精度便顯得格外重要。作為一枚全新的火箭， 長三丙火箭的起飛推力和起飛質(zhì)量都有所改變，而設計人員也要相應做出調(diào)整。

提到彈道設計中必須考慮的一個因素：落區(qū)安全，李聃向記者娓娓道來其中的小秘密，每一個落區(qū)的設定都要充分考慮當?shù)氐娜丝诿芏群铜h(huán)境等因素，必要時設計人員還要前往實地進行踏勘考察。

此次長三丙火箭的非全對稱設計可謂是中國運載火箭發(fā)展史上的一個重要嘗試。這也給火箭的姿態(tài)控制設計提出了一個全新的課題?！拔覀冃枰谧藨B(tài)控制設計時把火箭在飛行過程中所經(jīng)受的各種內(nèi)、外干擾，如氣動外形不對稱、質(zhì)心位置偏差、發(fā)動機推力偏差等因素都考慮進去。和長三甲火箭、長三乙火箭相比，長三丙火箭由于構(gòu)型不同，在飛行過程中的姿態(tài)就會不同。這些都需要在姿態(tài)控制設計上充分考慮到?！?據(jù)李聃介紹，剛開始在設計長三丙火箭時，該枚火箭是沒有尾翼的，后來在姿態(tài)控制設計中，為提高火箭飛行過程中偏航通道穩(wěn)定裕度，于是便給火箭加了一對“翅膀”，使得長三丙火箭在飛行中的穩(wěn)定控制更有把握。

載荷設計的“功能”是為火箭結(jié)構(gòu)設計和各個部段的強度計算提供依據(jù)。作為長三甲系列中的“新成員”，總體部的設計師們需要充分考慮到長三丙火箭在飛行過程中所承受的外界氣動力、發(fā)動機推力、控制操縱力、結(jié)構(gòu)慣性力、一級推進劑晃動等因素，確定火箭在地面停放、起吊、運輸及飛行過程中各截面的軸向力等參數(shù)，從而為結(jié)構(gòu)設計奠定基礎。

控制系統(tǒng)大做“手術”

點火后，火箭離開地面，從那一瞬間開始，火箭將進入自主管理階段。而火箭在飛行過程中一系列的動作變化，皆來自于控制系統(tǒng)的指令。從這個角度來講，控制系統(tǒng)在火箭中的地位相當于人的大腦。

此次長三丙火箭在評審過程中，控制系統(tǒng)的評審受到了高規(guī)格的“禮遇”，專家們?yōu)樵撁痘鸺目刂葡到y(tǒng)進行了專門的評審，這在長征系列火箭的評審中還是不多見的。

發(fā)射前，記者見到了長三甲系列火箭副總師姜杰，這位纖弱的女總師，談到佇立在發(fā)射臺上“整裝待發(fā)”的火箭，顯得有些興奮?！伴L三丙火箭采用了新的姿態(tài)控制方法，解決了不全對稱的火箭的穩(wěn)定控制，這也是中國運載火箭發(fā)展的一個技術突破。”據(jù)姜杰介紹，盡管是采用了新的控制方法，但是設計人員前期做了大量的試驗驗證，并就圍繞火箭在天上飛行的狀態(tài)做了255種的仿真試驗。一年多時間的技術攻關，控制系統(tǒng)設計人員最終為長三丙火箭量身定做了一套可控的“飛行程序”。

姜杰向記者模擬了火箭點火后的飛行狀態(tài)：“點火后，從助推分離、到火箭的一、二級分離，在大約145秒的時間內(nèi)，火箭都是在進行非全對稱的飛行，這145秒內(nèi)能不能穩(wěn)定飛行，對于長三丙火箭而言，是一個巨大的挑戰(zhàn)。而控制系統(tǒng)的工作就在這145秒中內(nèi)得到檢驗?！?/p>

攜手姐妹邁進世界一流

“長三丙火箭的最大意義是在長三甲火箭和長三乙火箭中間設立了一個‘臺階’——運載能力正好位于這兩者之間。目前適合長三丙火箭發(fā)射的衛(wèi)星還有相當數(shù)量，因此，長三丙火箭還有‘廣闊天地可為’?！?/p>

——白拜爾（航天科技集團公司科技委顧問、天鏈一號工程總師）

放眼世界

在中國運載火箭的發(fā)展史上，擁有兩個助推器的長三丙火箭算得上是“開先河之作”。然而在世界運載火箭舞臺上，長三丙火箭不是孤獨的。

歐空局的阿里安火箭，就有捆綁兩個助推器的火箭。該枚火箭于1980年發(fā)射成功，運載能力達到3噸。

“和同類型的火箭相比，我認為長三丙火箭的技術水平是一流的。”龍樂豪舉例告訴記者，國際上公認的一個標志火箭綜合性能的參數(shù)是運載系數(shù)（運載火箭發(fā)射到特定軌道的運載能力除以起飛質(zhì)量），長三丙火箭的運載系數(shù)大概為1.1％，約占世界第三位?！熬拖衽e重運動員一樣，如果舉同樣的質(zhì)量，體重輕的代表體能素質(zhì)好，所以就能拿冠軍?！?/p>

“由于長三丙火箭具有較好的適應性，它的發(fā)射能力介于2.6噸和5.5噸之間，目前這個質(zhì)量的衛(wèi)星仍有相當數(shù)量，因此長三丙火箭還有市場?！睋?jù)龍樂豪預計，該枚火箭的“服役期”應該不少于20年。

展望未來

目前長征家族可謂是“人丁興旺”。在役型號主要有長二丙、長三甲、長三乙、長三丙、長二F、長二丁、長四乙火箭。這些不同類型的火箭，能夠滿足目前我國以及世界發(fā)射市場的需求。隨著空間技術的發(fā)展，世界火箭市場上將呈現(xiàn)“百花齊放”的局面。印有“中國創(chuàng)造”的長征火箭，要想保持在世界發(fā)射市場的優(yōu)勢地位，仍具有較大的提升空間。

據(jù)龍樂豪介紹，根據(jù)世界空間技術的發(fā)展以及我國國情、政治、軍事、經(jīng)濟發(fā)展的需要，未來的“長征家族”必須有新一代小、中、大運載能力俱全的火箭類型，以便滿足不同類型的衛(wèi)星的發(fā)射需要?！熬拖裆唐芬粯樱喾N類型的商品，可以讓用戶有更多選擇?！?/p>

“綠色環(huán)保推進劑”也是長征火箭改良的一個方向。據(jù)悉，現(xiàn)在的長征火箭的推進劑還存在著一定的毒性，而新一代大運載火箭能夠做到“無毒無污染”。

“就像每個乘客都希望能夠擁有一個舒適的乘坐環(huán)境一樣，我們的火箭也將努力為它的‘乘客’——衛(wèi)星，提供一個可靠、安全、舒適的環(huán)境。”未來的火箭，將減少對衛(wèi)星的震動和噪音干擾，讓衛(wèi)星擁有一個舒適的“乘坐”空間。

“一箭多星”也是未來火箭發(fā)展的趨勢。一枚火箭能夠搭乘多位“乘客”，并能按照乘客要求準時地把“乘客”送到指定“目的地”。在確保安全、可靠的基礎上，火箭的“性價比”就更有了說服力。（攝影：李明 王寧 黃希 崔建平）