文/李宇飛

在中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展征途中，有一型運(yùn)載火箭格外亮眼，那就是長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭。這一型運(yùn)載火箭對(duì)于我們國(guó)家從航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)，可以說(shuō)是功不可沒(méi)。從1994年2月8日長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭首飛成功算起，到今年長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭迎來(lái)第100次發(fā)射，一舉跨入“百發(fā)俱樂(lè)部”，已經(jīng)過(guò)去了25個(gè)年頭。

長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭，包括長(zhǎng)征三號(hào)甲、長(zhǎng)征三號(hào)乙、長(zhǎng)征三號(hào)丙三個(gè)型號(hào)，作為我國(guó)航天領(lǐng)域的主力運(yùn)載火箭，目前主要用于我國(guó)地球同步轉(zhuǎn)移軌道及以上衛(wèi)星、航天器的發(fā)射任務(wù)，在探月工程、北斗工程等國(guó)家重大工程項(xiàng)目建設(shè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，被譽(yù)為通往月球，以及北斗組網(wǎng)工程的“專(zhuān)屬列車(chē)”，在2007年被授予“金牌火箭”的稱號(hào)。

作為我國(guó)單一系列發(fā)射數(shù)量最多的運(yùn)載火箭，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭以其卓越的品質(zhì)創(chuàng)造了多項(xiàng)發(fā)射記錄。2015年，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭曾經(jīng)創(chuàng)下109天執(zhí)行7次發(fā)射并全部取得圓滿成功的高密度發(fā)射記錄，平均一枚火箭的任務(wù)周期僅為16天，達(dá)到目前世界主流運(yùn)載火箭水平。2018年，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭連續(xù)成功開(kāi)展14次發(fā)射任務(wù)，創(chuàng)下了年度發(fā)射數(shù)量紀(jì)錄，超過(guò)長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭全年發(fā)射任務(wù)的1/3?，F(xiàn)在就讓我們看看它的傳奇經(jīng)歷吧。

▲火箭發(fā)射

光榮的“長(zhǎng)三甲”傳承

我國(guó)目前在役的長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭主要源自于遠(yuǎn)程運(yùn)載火箭，以它為基礎(chǔ)發(fā)展出了我國(guó)最基礎(chǔ)的長(zhǎng)征二號(hào)火箭。以此為基礎(chǔ)，加上三級(jí)變成長(zhǎng)征三號(hào)火箭。再經(jīng)改進(jìn)之后就形成了長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭。

長(zhǎng)征二號(hào)運(yùn)載火箭為二級(jí)液體運(yùn)載火箭，主要用于發(fā)射高度在500千米以下的各類(lèi)近地軌道衛(wèi)星，低軌道運(yùn)載能力為1.8噸。長(zhǎng)征二號(hào)運(yùn)載火箭3.35米的芯級(jí)直徑，以有毒的四氧化二氮和偏二甲肼組合而成的推進(jìn)劑體系，70噸級(jí)主發(fā)動(dòng)機(jī)模塊，都成為后續(xù)長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)展的基礎(chǔ)。

1975年，我國(guó)正式開(kāi)展了衛(wèi)星通信工程的研制工作。作為發(fā)射地球同步軌道通信衛(wèi)星的必備運(yùn)載工具，長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭也正式開(kāi)展研制。長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭的一、二子級(jí)基本上與長(zhǎng)征二號(hào)運(yùn)載火箭的一、二子級(jí)一致，三子級(jí)決定采用可實(shí)現(xiàn)二次啟動(dòng)的液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)。

▲長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭

液氫的沸點(diǎn)是-253℃，液氧的沸點(diǎn)是-183℃，液氫和液氧在常溫下極易揮發(fā)，而且氫氣屬于易燃易爆品，一旦泄露后果不堪設(shè)想。這些特性為液氫和液氧的生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸和使用帶來(lái)了很多難題。另外液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)還需要在高空失重狀態(tài)下進(jìn)行二次啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的研制難度極大，是航天領(lǐng)域絕對(duì)的尖端技術(shù)。

尖端技術(shù)是買(mǎi)不來(lái)的，航天專(zhuān)家任新民對(duì)此深有體會(huì)。1978年他率領(lǐng)代表團(tuán)赴美參觀訪問(wèn)，美國(guó)宇航局局長(zhǎng)明確地告訴他：“氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)是美國(guó)國(guó)家技術(shù)機(jī)密，不能看，也不能談?！比ト毡緯r(shí)，也被告知“H-2火箭不能與中國(guó)談合作或交流”，在歐洲也遇到類(lèi)似的“遭遇”。

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，而當(dāng)時(shí)我國(guó)超低溫技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，要在短時(shí)間內(nèi)研制成功，無(wú)論在技術(shù)上還是材料設(shè)備、工藝設(shè)計(jì)方面都遇到很大困難。在1978年的一次氫氧文氏管和氫泵臺(tái)的調(diào)試中，發(fā)生了嚴(yán)重的爆炸和起火事故，當(dāng)場(chǎng)有10人受傷。同年3月在調(diào)試氫泵試驗(yàn)臺(tái)時(shí)，又發(fā)生大火，火勢(shì)直沖十米多高。

通過(guò)不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，掌握液氫的安全排放和防爆等知識(shí)，1979年，氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)750秒試車(chē)成功。此后，在氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)中，渦輪泵軸承過(guò)熱引起過(guò)破壞，發(fā)生過(guò)液氫泄露起火，渦輪泵次同步共振和“縮火”等問(wèn)題。從1978年9月氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)50秒試車(chē)到1983年8月全系統(tǒng)試車(chē)圓滿成功，經(jīng)歷了整整5個(gè)年頭。

克服重重困難之后，1984年4月8日長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭首次飛行成功，將東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星送入預(yù)定的地球同步轉(zhuǎn)移軌道。長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭的研制成功使我國(guó)成為世界上第四個(gè)具有地球同步衛(wèi)星發(fā)射能力的國(guó)家，也為我國(guó)長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

身負(fù)重任而生

1986年3月，國(guó)務(wù)院批轉(zhuǎn)了航天工業(yè)部起草的《關(guān)于加速發(fā)展航天技術(shù)的報(bào)告》。至此，長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭研制項(xiàng)目正式獲準(zhǔn)立項(xiàng)。

長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭的研制發(fā)展思路可以說(shuō)就是在長(zhǎng)征三號(hào)火箭的基礎(chǔ)上“上改下捆、先改后捆、分步實(shí)施”。“上改”就是對(duì)長(zhǎng)征三號(hào)火箭的第三級(jí)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)；“下捆”就是在一級(jí)火箭的四周捆綁若干個(gè)液體助推火箭?！跋雀暮罄Α笔侵赶仍谛炯?jí)火箭的改造上下功夫，改成之后再研制以其為基礎(chǔ)的捆綁型火箭。

對(duì)長(zhǎng)征三號(hào)火箭的第三級(jí)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)后的火箭后來(lái)被命名為長(zhǎng)征三號(hào)甲，在長(zhǎng)征三號(hào)甲火箭的一級(jí)周?chē)壦膫€(gè)助推器的火箭稱為長(zhǎng)征三號(hào)乙，捆綁兩個(gè)助推器的火箭稱為長(zhǎng)征三號(hào)丙。

1994年2月8日，長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭首次飛行試驗(yàn)成功。1997年8月20日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭首次飛行試驗(yàn)成功。2008年4月25日，長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭首次飛行試驗(yàn)成功。

長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭主要用于發(fā)射地球同步靜止軌道衛(wèi)星，其地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為2.6噸，比長(zhǎng)征三號(hào)火箭的1.45噸高了近一倍。長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭在星箭分離前可以對(duì)有效載荷進(jìn)行大姿態(tài)調(diào)控定向，并提供一定的起旋速率、起旋方向，以滿足用戶的特殊需求。

為了實(shí)現(xiàn)研制目標(biāo)，在長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭的研制中，研制人員用了八年時(shí)間先后攻克了一百多項(xiàng)新技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。遠(yuǎn)距離通用測(cè)發(fā)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)全冗余技術(shù)、三級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)校準(zhǔn)試車(chē)后不分解技術(shù)、激光慣性測(cè)量組合技術(shù)等新技術(shù)不僅國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，有的還趕上和超過(guò)了世界航天大國(guó)的技術(shù)水平。而YF-75大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)調(diào)陀螺四軸平臺(tái)、冷氦加溫增壓系統(tǒng)和低溫氫氣能源雙擺伺服機(jī)構(gòu)等四大關(guān)鍵技術(shù)的突破，不僅為長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)整體技術(shù)目標(biāo)提供了可靠保證，還使我國(guó)的火箭技術(shù)躍上一個(gè)大臺(tái)階。

YF-75大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的總體技術(shù)水平，包括設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造不僅在當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)是最先進(jìn)的，在國(guó)外也達(dá)到了同類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)水平。

作為火箭控制系統(tǒng)核心的動(dòng)調(diào)陀螺四軸小型慣性平臺(tái)，采用了全數(shù)字化技術(shù)和可編程電子式程序配電器技術(shù)。在不修改硬件的前提下，僅修改控制軟件即可實(shí)現(xiàn)不同發(fā)射狀態(tài)和對(duì)象的要求，具有適應(yīng)性強(qiáng)、制導(dǎo)精度高等特點(diǎn)。

▲長(zhǎng)征三號(hào)丙火箭

給第三級(jí)火箭液氧貯箱增壓用的冷氦加溫增壓系統(tǒng)，屬于世界上第二個(gè)完全依靠本國(guó)力量研制成功的高難項(xiàng)目，不僅使火箭運(yùn)載能力提高了約200千克，還使三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)第一、二次點(diǎn)火工作之間的無(wú)動(dòng)力滑行時(shí)間基本不受限制，進(jìn)而可以靈活的滿足不同衛(wèi)星發(fā)射的需要，改善火箭的使用性能。

用于控制三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)搖擺的低溫氫氣能源雙擺伺服機(jī)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)后減輕了100多千克的結(jié)構(gòu)重量，攻克了氣動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)條件下的干摩擦、自潤(rùn)滑、高低溫區(qū)的快速交變等技術(shù)難關(guān)。

然而，在長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭的研制之路上也并非一帆風(fēng)順。長(zhǎng)征三號(hào)乙的首飛就是一次嚴(yán)重的失利。由于火箭慣性基準(zhǔn)平臺(tái)失效，火箭點(diǎn)火起飛約2秒后，飛行姿態(tài)即出現(xiàn)異常，火箭偏離發(fā)射方向。飛行約22秒后，火箭撞上離發(fā)射架約1.85公里的山坡上，隨即發(fā)生劇烈爆炸，星箭全部損失。

▲長(zhǎng)征三號(hào)丙火箭總裝

盡管遭受到了慘痛的失敗，但長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭研制隊(duì)伍臥薪嘗膽，痛定思痛，迎接挑戰(zhàn)，迅速找出了導(dǎo)致失利的故障模式，并進(jìn)行改進(jìn)，終于在首次失利一年半之后，取得了飛行試驗(yàn)的成功。

支撐高軌衛(wèi)星應(yīng)用

位于地球表面36000公里高度地球同步靜止軌道的衛(wèi)星，因?yàn)榭梢耘c地球表面保持相對(duì)的靜止?fàn)顟B(tài)，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于地球固定地點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)線通信聯(lián)系和光學(xué)監(jiān)視，這對(duì)于通信廣播、氣象監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用有著巨大的價(jià)值。而打造我國(guó)高軌衛(wèi)星應(yīng)用基礎(chǔ)的運(yùn)載火箭，就是長(zhǎng)征三號(hào)甲系列了。

1994年11月30日，長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭成功地將人們期盼已久的大容量、長(zhǎng)壽命“東方紅三號(hào)”通信衛(wèi)星送入預(yù)定的地球同步轉(zhuǎn)移軌道。經(jīng)過(guò)多次成功變軌飛行后，衛(wèi)星進(jìn)入地球同步靜止軌道。盡管由于衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)燃料泄漏，致使衛(wèi)星定點(diǎn)未能成功，但已經(jīng)驗(yàn)證了長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭構(gòu)建我國(guó)高軌應(yīng)用衛(wèi)星系統(tǒng)的能力。1997年5月12日，第二顆“東方紅三號(hào)”衛(wèi)星由長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭成功發(fā)射，并于5月20日定點(diǎn)成功，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)通信衛(wèi)星研制技術(shù)的新跨越。

在2006年10月29日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭又將“東方紅四號(hào)”通信衛(wèi)星平臺(tái)首星成功發(fā)射升空?！皷|方紅四號(hào)”作為新一代大容量通信衛(wèi)星，其技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到和趕上了國(guó)際同類(lèi)衛(wèi)星的質(zhì)量與水平。

位于地球同步軌道的另一種重要的應(yīng)用衛(wèi)星就是氣象衛(wèi)星。地球同步靜止軌道上的氣象衛(wèi)星可以對(duì)同一地區(qū)實(shí)施連續(xù)觀測(cè)，對(duì)于區(qū)域性氣象預(yù)報(bào)作用更為重要。1997年6月10日，長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭載著風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星順利升空，6天后衛(wèi)星定點(diǎn)成功，開(kāi)始在軌測(cè)試。同年12月1日，衛(wèi)星正式交付運(yùn)營(yíng)。風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，成為我國(guó)現(xiàn)代化氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，也被世界氣象組織正式列為世界天氣監(jiān)視網(wǎng)全球觀測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。

2016年12月11日凌晨，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭又成功發(fā)射了一顆新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星，被稱為“世界最先進(jìn)水平的氣象衛(wèi)星”的“風(fēng)云四號(hào)”。新一代的“風(fēng)云四號(hào)”能力獲得提升，對(duì)東西、南北各1000公里區(qū)域的觀測(cè)時(shí)間僅需要1分鐘，只需要15分鐘即可完成一張地球圓盤(pán)圖，而“風(fēng)云二號(hào)”需要30分鐘。

▲長(zhǎng)征三號(hào)甲火箭

中繼衛(wèi)星享有“衛(wèi)星的衛(wèi)星”之譽(yù)，可為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測(cè)控服務(wù)，能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳，極大提高各類(lèi)衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力。2008年4月25日，中國(guó)首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空。這意味著中國(guó)航天器開(kāi)始擁有天上數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”。此后，長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭又發(fā)射了3顆“天鏈一號(hào)”中繼衛(wèi)星，建成了比較完備的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全球組網(wǎng)運(yùn)行。

2019年3月31日，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭又將我國(guó)第二代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星，即“天鏈二號(hào)”數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星首星成功發(fā)射入軌。針對(duì)載人航天器、衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率和多目標(biāo)服務(wù)能力將會(huì)獲得較大提升。

▲火箭吊裝

長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭在2015年12月29日還成功發(fā)射過(guò)一顆具有里程碑意義的衛(wèi)星，即“高分四號(hào)”靜止軌道凝視遙感衛(wèi)星。這是作為中國(guó)第一個(gè)地球同步軌道遙感衛(wèi)星發(fā)射到太空中，也是世界唯一一顆顆靜止軌道遙感衛(wèi)星?！案叻炙奶?hào)”盡管距離地面高達(dá)3.6萬(wàn)公里，但仍能實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光50米、中波紅外譜段500米的高分辨率。高分四號(hào)所采用的大口徑面陣凝視相機(jī)，一次就能拍攝相當(dāng)于河南省大小的國(guó)土面積。

除此以外，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭發(fā)射了迄今為止所有的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，發(fā)射的軌道涵蓋地球靜止軌道、傾斜地球同步軌道和中軌道等多種不同類(lèi)型，有力的支撐了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)從構(gòu)建試驗(yàn)系統(tǒng)，到構(gòu)建區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，直到建成全球?qū)Ш较到y(tǒng)。

長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭還搭建了地球通往月球的“天梯”。自2007年10月24日，長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭托舉“嫦娥一號(hào)”升空，將其送入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)51000公里、軌道傾角31°的超地球同步轉(zhuǎn)移軌道。后續(xù)的嫦娥二號(hào)繞月探測(cè)器、嫦娥三號(hào)落月探測(cè)器、嫦娥五號(hào)T1飛行試驗(yàn)器、嫦娥四號(hào)落月探測(cè)器也都由長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭成功發(fā)射，并直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道。