□ 陳 立

6月16日長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭在零窗口把作為追蹤飛行器的神舟九號(hào)飛船精確送入近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)330千米、軌道傾角為42°的運(yùn)行軌道，與天宮一號(hào)的距離為10000千米左右。

“從神舟一號(hào)到天宮一號(hào)、神舟八號(hào)，長(zhǎng)征二F火箭已經(jīng)成功發(fā)射9發(fā)，一次比一次精度高?！敝袊?guó)載人航天工程運(yùn)載火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師荊木春說(shuō)，“這是她第10次在載人航天中執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，完成了‘十全十美’的目標(biāo)。”

神舟九號(hào)發(fā)射使用的長(zhǎng)二F遙九火箭，與去年神舟八號(hào)發(fā)射中使用的火箭屬同一批次，技術(shù)狀態(tài)相同。為了滿足神舟九號(hào)精確入軌的要求，發(fā)射神舟九號(hào)的長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭又進(jìn)行了30多項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)更改，進(jìn)一步提高可靠性和安全性。例如擴(kuò)展了軟件功能，更新了導(dǎo)航系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)精確入軌。因?yàn)榫_入軌能省去調(diào)姿、變軌消耗的推進(jìn)劑，為航天器后續(xù)在軌運(yùn)行提供更好條件；用多媒體設(shè)備記錄了火箭生產(chǎn)的全過(guò)程，照相6954張，攝像161段；在肉眼無(wú)法識(shí)別的部位增加內(nèi)窺鏡檢查，為火箭做好“全身體檢”；還提升了舒適性，讓航天員上天時(shí)身體更舒服。

“在其它火箭的飛行中，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)一些防熱部位在飛行過(guò)程中溫度比較高，于是對(duì)材料進(jìn)行了更改，并改進(jìn)了部分部件的結(jié)構(gòu)形式。”荊木春說(shuō)。地面試驗(yàn)顯示，改完后的產(chǎn)品可靠性明顯提高。

6月16日18時(shí)37分，長(zhǎng)征二號(hào)F遙九火箭成功發(fā)射神舟九號(hào)飛船。宿東攝

火箭還使用了迭代制導(dǎo)方式。迭代制導(dǎo)是一種自適應(yīng)制導(dǎo)技術(shù)，在火箭沿著軌道飛向預(yù)定目標(biāo)的時(shí)候，通過(guò)實(shí)時(shí)迭代計(jì)算的方式不斷修正軌道、逼近目標(biāo)，從而確保實(shí)現(xiàn)更高的軌道精度。這種制導(dǎo)方式被形象地比喻為走一步“算”一步。

“天宮一號(hào)與神舟八號(hào)交會(huì)對(duì)接任務(wù)之前，我們使用的是攝動(dòng)制導(dǎo)，即規(guī)定好具體路徑，引導(dǎo)火箭到達(dá)指定目的地?！边\(yùn)載火箭系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張智說(shuō)，“相比而言，迭代制導(dǎo)只限定目的地，不限定具體路徑，是一種處于世界先進(jìn)水平的制導(dǎo)方式?！?/p>

在神舟八號(hào)以前的飛船，采用的是攝動(dòng)制導(dǎo)，就是按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軌道飛，這種方式下火箭永遠(yuǎn)瞄著一個(gè)固定的入軌點(diǎn)，所以它的適應(yīng)性和入軌精度相對(duì)較差。而采用迭代制導(dǎo)后，火箭在飛行過(guò)程中會(huì)根據(jù)自身當(dāng)前的位置計(jì)算需要的入軌點(diǎn)，然后根據(jù)當(dāng)前位置和入軌點(diǎn)之間的空間相對(duì)關(guān)系，規(guī)劃出一條新的軌跡。

為了確保神九飛船入軌時(shí)的軌道和天宮一號(hào)在同一個(gè)軌道平面上，火箭的發(fā)射時(shí)間要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算，如果錯(cuò)過(guò)了最佳發(fā)射時(shí)間，入軌之后的軌道面調(diào)整要消耗飛船大量燃料，不利于后續(xù)任務(wù)的展開。實(shí)施交會(huì)對(duì)接，不僅要求火箭準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，而且要求精確入軌。去年發(fā)射的神舟八號(hào)，入軌時(shí)精度是神五和神六入軌精度的100多倍，之所以有如此高的入軌精度，這都得力于火箭采用了迭代制導(dǎo)技術(shù)。

按照程序，火箭飛行到210秒，拋掉整流罩以后，迭代制導(dǎo)的控制方式才正式啟動(dòng)，此時(shí)，火箭上的計(jì)算機(jī)每秒鐘都要重新計(jì)算50次，也就是說(shuō)每0.02秒火箭就要重新定位自身的位置和入軌點(diǎn)之間的關(guān)系。

6月7日神舟九號(hào)飛船扣罩。宿東攝

6月9日11點(diǎn)30分，船箭組合體轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射架。宿東攝

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逃逸塔為航天員上“雙保險(xiǎn)

位于飛船頂部的逃逸塔，塔高8米，從遠(yuǎn)處看好似火箭上的避雷針，被譽(yù)為是保障航天員安全的“生命之塔”。當(dāng)前，逃逸塔的最核心部分——?jiǎng)恿ρb置由航天科技集團(tuán)公司四院研制，動(dòng)力裝置由1臺(tái)逃逸主發(fā)動(dòng)機(jī)、1臺(tái)分離發(fā)動(dòng)機(jī)、4臺(tái)偏航俯仰發(fā)動(dòng)機(jī)、4臺(tái)高空逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)組成。

據(jù)四院41所逃逸固體發(fā)動(dòng)機(jī)主任設(shè)計(jì)師陳紅斌介紹，火箭發(fā)射后120秒內(nèi)(即高度在0～39千米范圍內(nèi))，一旦發(fā)生意外情況，逃逸系統(tǒng)的主發(fā)動(dòng)機(jī)將點(diǎn)火工作，其高達(dá)70余噸的推力，能在3秒鐘內(nèi)把飛船“拽”到1500米開外，幫助航天員瞬間逃生。

“如果火箭飛行順利，那么逃逸塔將與火箭分離，這個(gè)時(shí)候分離發(fā)動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)偏航俯仰發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，執(zhí)行拋塔任務(wù)?！标惣t斌解釋。

那如果在拋塔后、星箭分離前再有危險(xiǎn)怎么辦？“那就得高空逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)‘挺身而出’了?！标惣t斌指出，火箭在發(fā)射后120秒～200秒(即高度在39千米～110千米范圍內(nèi))，倘若再遇不測(cè)，4臺(tái)高空逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)將同時(shí)點(diǎn)火工作，帶航天員脫離險(xiǎn)境。由此可見，10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可謂在火箭發(fā)射飛行階段為航天員上了“雙保險(xiǎn)”。

安裝逃逸塔，該發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠性指標(biāo)要求達(dá)到99.99% 。宿東攝

“零窗口”發(fā)射前6小時(shí)定

交會(huì)對(duì)接任務(wù)要求神舟九號(hào)在零窗口發(fā)射。所謂零窗口發(fā)射是指在預(yù)先計(jì)算好的發(fā)射時(shí)間，分秒不差地將火箭點(diǎn)火升空，不允許有任何延誤與變更。

神舟九號(hào)發(fā)射的零窗口是根據(jù)發(fā)射前幾小時(shí)天宮一號(hào)的軌道參數(shù)來(lái)確定的，目的是將神舟九號(hào)發(fā)射到與天宮一號(hào)同一個(gè)軌道平面上，也就是要求火箭確保入軌時(shí)的升交點(diǎn)經(jīng)度和軌道傾角精度。由于地球自轉(zhuǎn)和升交點(diǎn)西移，為使神舟九號(hào)與天宮一號(hào)的軌道共面，神舟九號(hào)必須在天宮一號(hào)軌道面經(jīng)過(guò)發(fā)射點(diǎn)后的某一時(shí)刻準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火起飛，誤差小于1秒，即零窗口發(fā)射，否則就需要消耗很多的推進(jìn)劑來(lái)修正兩者之間的軌道面偏差。

天宮一號(hào)的軌道參數(shù)主要有軌道周期、軌道高度、傾角、近地點(diǎn)俯角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、扁心率6項(xiàng)。北京航天飛行測(cè)控中心通過(guò)測(cè)算天宮一號(hào)最新在軌軌道參數(shù)，確定了神舟九號(hào)飛船的零窗口發(fā)射時(shí)刻。隨后，對(duì)運(yùn)載火箭系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了精確的設(shè)置。

神舟六號(hào)、七號(hào)的發(fā)射都是采用手動(dòng)點(diǎn)火，而神舟八號(hào)、九號(hào)的發(fā)射采用自動(dòng)點(diǎn)火，其主要原因有兩個(gè)：一是以前點(diǎn)火設(shè)備的可靠性不是很高，而現(xiàn)在點(diǎn)火設(shè)備的可靠性提高了；二是如果采用手動(dòng)點(diǎn)火，手有1秒～3秒的反應(yīng)時(shí)間，要實(shí)現(xiàn)零窗口準(zhǔn)時(shí)發(fā)射就必須要自動(dòng)發(fā)射。其實(shí)，從發(fā)射天宮一號(hào)開始就采用自動(dòng)點(diǎn)火了，手動(dòng)點(diǎn)火作為補(bǔ)發(fā)備保。雖然天宮一號(hào)的發(fā)射有窗口的寬度，即時(shí)間的寬度，但還是瞄準(zhǔn)了前沿來(lái)實(shí)施，也做到了準(zhǔn)時(shí)發(fā)射。如果由于某種原因，不能按時(shí)在零窗口發(fā)射，則需等2天，因?yàn)樘鞂m一號(hào)的軌道回歸周期是2天。

6月9日船箭組合體垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。秦憲安攝