2016-08期●神州风采●

深空探测,未来将在这里启航

——走进文昌航天发射中心

作者:本刊特约记者 郑 蔚

2016年6月25日,是中国航天史上浓墨重彩的一天。晚8时整,中国新一代中型运载火箭长征七号在新建成的文昌航天发射中心喷出烈焰,腾空而起,拖曳着一束耀眼的白色尾焰,直射浩瀚太空,雷霆般的轰鸣声在南海上空久久回荡。这一天,航天人盼了很多年。

2007年8月,国务院、中央军委批准,在海南文昌建设我国新型航天发射中心。

十年磨一剑。终于亮相的文昌航天发射中心,与我国已有的酒泉、太原、西昌这三大航天发射中心有什么不同?它的建成对我国航天事业又有什么新的意义?

谋大事者首重布局。文昌航天发射中心主任张振中说,文昌航天发射中心的建成,对我国增强空间投送能力、优化航天发射格局具有里程碑的意义,它标志着我国跨入了世界大吨位火箭发射行列。文昌航天发射中心王经中书记告诉记者:“文昌航天发射中心当然不可能是已有三大卫星发射中心的‘翻版’,它有着自己的定位和使命。”

“发展航天事业,建设航天强国。”在21世纪,如果没有航天事业,就难以实现强国梦。文昌,让记者更具体真切地感受到中国从航天大国走向航天强国的决心,以及航天人的信念和奉献。

从内陆到海洋,是胸怀更是使命

北纬19度19分,东经109度48分。这是文昌航天发射中心的经纬度。

“我国最早建的航天发射中心是酒泉,其次太原,再是西昌,西昌的纬度是北纬28度。从建设的先后顺序不难看出,我们的航天发射中心是个越来越向南建的过程。”文昌航天发射中心副总工程师毛万标告诉记者,“文昌发射中心更是实现了从内陆向海洋的跨越,跨过了琼州海峡,坐落在海南岛上,有的测控站还建在三沙市的西沙群岛上。”

航天发射中心越靠近赤道,优势就越明显,这是因为地球同步轨道的高度是36000公里,同步轨道卫星的定点位置就在赤道上空。

“在文昌发射地球同步轨道卫星,与在西昌发射相比,运载火箭的能力可提高10%-15%,卫星可节省更多的燃料,有望多在轨道上工作两年。”

文昌发射场副主任易自谦说:“我国未来计划中的更多中高轨道的航天器,都将在文昌发射。我国探月工程虽然是从西昌航天发射中心起步的,但执行‘绕落回’第三步任务的‘嫦娥五号’航天器就将从文昌发射,它降落月面后还将再返回地球,所以必须用重型运载火箭才能完成这一使命。还有我国的火星探测计划,它需要载荷能力更强的重型运载火箭。正是中国要从航天大国迈向航天强国的历史使命,决定了必须在尽可能靠近赤道的海南建新的航天发射中心。”

美国肯尼迪航天中心发射场的位置也在北纬28度,与我国西昌的纬度相近。世界上比我们文昌发射场更靠近赤道的只有地处南纬5度的法属圭亚那库鲁发射场。

文昌航天发射中心专家张庆祝为记者历数文昌发射场的选址优势:“首先是文昌的纬度低,发射效费比高,能够提升地球同步轨道运载能力;其次是射向宽、安全性好,运载火箭可以往南海发射。过去在内陆发射,人口密度大,每逢发射要疏散大量居民群众,即使是成功发射也要影响部分当地民众的正常生活。而且,在文昌发射,火箭残骸落区均在海上。”

这次发射的长征七号是由“远望21”号轮从天津运到文昌清澜港的,“还有就是海运便捷,可行性强,过去长二、长三、长四运载火箭的直径一般为3.35米,助推器为2.25米,还可以用火车运输,而我们未来将发射中型和重型运载火箭,比如,长征五号运载火箭芯级的直径就达5米,火车运输通过隧道桥梁就有困难了。”毛万标说。

布局优化、优势突出,与酒泉、太原、西昌三大航天发射中心形成沿海内陆、高低纬度、各种射向结合互补的科学布局,跃进文昌是我国航天新布局的精彩“落子”。王经中书记说:“文昌航天发射中心的建成,从内陆到海洋,不仅体现了大国的胸怀和新的理念,而且有着面向未来的实实在在的需求,它是开启我国航天事业新征程的奠基工程。”

从长二捆到长征七号,我国有了首枚中型运载火箭

航天人格外看重长征七号运载火箭的这次首飞,还因为长征七号是我国迄今为止载重吨位最大的运载火箭。它能否成功发射,事关其在未来的二三十年里,能否担负起我国一系列航天发射的重任,以及我国未来后续新型号运载火箭的研制能否顺利进行。

长征七号副总指挥张涛告诉记者,长征七号与长二捆相比,除了火箭结构的直径都是2.25米和3.35米没有变化以外,可以说别的都变了。与过去的长征二号、三号、四号系列火箭相比,它有着“跨代”的特征,是我国新一代无毒无污染环保中型运载火箭。

首先,它采用了新动力。长征七号的全长为53.1米,采用的是二级半结构,中间最下面的芯一级高度逾26米,还捆绑有4个助推器,每个助推器的直径是2.25米,各装有一台液氧煤油发动机,每个推力达到120吨,比过去的75吨增大了60%。火箭芯一级的直径仍是3.35米,内装2台120吨的液氧煤油发动机。上部芯二级装有4台18吨推力的液氧煤油发动机。火箭最上部的整流罩也作了改进,高度为13米,直径为4.2米。

火箭按程序点火后,正常情况下在7秒钟之后形成735吨推力。首次发射的长征七号的近地轨道运载能力为13.5吨,太阳同步轨道运载能力达到了5.5吨。它运载能力的增强,不仅是因为火箭的“个子”比过去大了,还因为它采用了新燃料,不仅无毒无污染,而且火箭发动机的推重比更大,如以人来比喻,就是不仅个子长高了,而且力气也大了。

运载火箭的设计师们还对火箭的结构和布局进行了优化,使其自身结构的重量更轻。长征七号起飞时,整体重量近600吨,其中火箭自身钢筋铁骨的结构重量仅占一成左右,约九成重量为燃料,这使得运载火箭得以装载更多的有效载荷。

张涛告诉记者,长征七号的可靠性设计指标是0.98,这是国际上运载火箭可靠性设计指标中最高的。国际上运载火箭可靠性设计指标通常为0.95-0.96。美国航天飞机就曾遭遇了两次重大失误,其可靠性还达不到这一标准。我们把可靠性的指标设计得这么高,是因为长征七号未来要承担的重要使命是为我国的载人空间站服务,具有载人飞船发射的潜在使命,所以可靠性指标必须定得很高,以确保万无一失。

据悉,今年下半年,酒泉航天发射中心将发射第二个空间实验室“天宫二号”,以及载有两名宇航员的“神舟十一号”,并与“天宫二号”实现对接。明年,长征七号将开始大显身手,将我国第一艘货运飞船“天舟一号”送上太空,实现与“天宫二号”的对接,为将来建设我国第一个载人空间站热身练手。

从近地轨道到深空探测,确立世界一流目标

走进文昌航天中心发射中心办公楼,一楼大堂正中的一条横幅吸引了所有人的目光:“建设世界一流航天发射场”。这是文昌航天人的雄心和标准。他们将世界一流的建设标准概括为“发射能力强、运载效率优、安全系数高、生态保护好”。

“没有一流的组织指挥,就无法确保在指定的时间完成发射任务。”毛万标说,我们的“嫦娥”探月工程,按最佳的运行轨道计算,发射的“窗口”时间一个月只有3天左右。一旦错过了这3天,再要发射就要等下一个月的窗口期。而从地球前往火星的路途更为遥远,以目前人类的航天技术,飞行时间长达9个月,因此必须选择地球与火星两者处于相对最佳位置时才能发射,以尽可能地节省航天器的飞行时间和推力,所以这个最佳的“窗口”时间可能要近两年才出现一次。如果你错过了这次最合适的“窗口”时间,那下一次发射要在近两年后。

“所以,我们首发长征七号的发射目标是:安全发射、准时发射、成功发射。”他说,“没有安全和准时,就不可能是成功的发射”。

当记者跟随专家走进测发指挥大厅,记者问:“那个按下红色发射按钮的座位在哪里?”

张庆祝边指给记者看哪个是按发射按钮的座位,边告诉记者:“现在的发射指挥已经实现了计算机控制,在正常情况下,是计算机按预定程序发射,是不需要人工再按按钮的。”

站在运载火箭垂直总装厂房的楼顶平台,向东遥望,只见2.8公里外耸立着两座发射塔。发射塔高85.8米,围绕在每个发射塔四周的是4个120米高的避雷针,因为海南夏天多雷暴。从发射台再往东800米,就是碧绿的南海。

连接长七垂直总装厂房和发射塔的,是一条拐弯的铁路。长七在此完成所有检测任务后,大火箭活动发射平台通过铁路将它运到高达85.8米的发射塔,然后加注燃料、待命发射。

“航天发射场主要分为技术区和发射区:技术区,主要检测火箭的技术状况,以确保火箭处于良好的状态;发射区,主要承担加注、发射任务。航天发射对安全有很高的要求,所以技术区和发射区不能间隔太近,酒泉发射场的检测厂房与发射塔相距1.5公里,而我们文昌两者相距是2.8公里。”毛万标说。

“文昌的发射模式是‘新三垂一远’。‘三垂’,就是垂直组装、垂直测试、垂直转运;一远,就是远距离测试发射。”毛万标告诉记者,“西昌的发射模式是运载火箭经过检测,到了发射塔还要一节节重新组装;酒泉已经先进了一步,实现了垂直转运,到了发射塔无需再重新组装,但在转运的过程中,连接运载火箭的电缆是断开的,到了发射塔必须重新连接、重新测试;而我们文昌直接就在活动发射平台上测试,发射平台上就有一个脐带塔。运载火箭在厂房里测试完了后,电缆不断开,由活动发射平台直接转移到发射区。因为始终保持带电状态,火箭就不需要重新测试,很快可以加注。这样从转场到发射的时间一般只需3天半,将来甚至更短,未来的目标是一天半就可以完成转场、加注和发射。”

发射检测周期的缩短,使文昌航天发射中心具备了长征七号运载火箭年5~6发、长征五号运载火箭年3~4发的发射能力。

“首飞成功,并不意味着文昌航天发射中心已经世界一流,这只是我们迈向世界一流的第一步。我们离世界上一流的航天强国还有不小的距离,但世界一流是我们永不放弃的努力方向。”张振中主任说。

从航天人才到航天规划,中国跨入国际航天第一梯队

“近二十年,我国的长征系列运载火箭已达到世界先进水平,发射的平均成功率可达96%,这一成功率已领先于美国和俄罗斯,居世界首位。”中国航天科技集团运载火箭技术研究院党委书记郝照平在接受记者采访时说。

运载火箭的运载能力是一个国家航天能力的基础,也是一个国家综合国力的体现。郝照平说,“十二五”期间,俄罗斯每年航天发射数量保持在20~30次,最高达到了35次;美国每年20次左右;中国则以每年近20次的数量稳居第三,这表明中国进入太空的能力已跻身国际第一梯队。

郝照平认为,中国航天的未来在于人才的优势。截止到2013年,中国航天科技集团公司17余万员工中,45岁及以下的人员占81%,35岁及以下的占54%。在运载火箭技术研究院,35岁以下人员比例为53%,科技人员平均年龄为35.3岁,比欧美发达国家要年轻15岁。该院负责型号研制的130位总设计师和总指挥,平均年龄为45.6岁,正是经验丰富、年富力强、出重大成果的年龄段。对此,美国航天局前任局长迈克尔·格里芬也承认:“我们认为最可怕的不是中国航天所取得的成就,而是现在领军和主导中国航天的这些人太年轻了。他们会工作很多年,会创造很多骄人的业绩。”

郝照平说,预计“十三五”期间,长征火箭的发射将达110次,年增长率逾50%。到2020年,年均发射运载火箭30发,我国在轨航天器数量将超过200枚。同时,我国还将成为全球第五个能够进行深空探测的国家。

今年第四季度,文昌航天发射中心还将发射我国新研制的长征五号运载火箭,长征五号可将25吨重的物体送上太空,成为我国载人空间站工程和探月工程新的生力军。明年,长征五号将在文昌航天发射中心将“嫦娥五号”探测器发射升空,“嫦娥五号”探测器执行我探月工程“绕、落、回”的返回阶段任务,难度也最大。它由轨道器、返回器、着陆器和上升器组成,目前的目标是它将为我们带回约2000克的月球样品。

郝照平说,明年长征七号成功发射“天舟一号”,并与“天宫二号”空间实验室交会对接后,预计在2018年将完成研制并发射“天和一号”空间站核心舱,中国空间站的建造将正式起飞。随后,还将发射两个实验舱与“天和一号”空间站核心舱交会对接。

他透露说,目前,该院已领衔开展推力更大、运载能力更强的重型运载火箭的技术研究,并取得一定成果。他们未来的设想是,用15年时间完成重型运载火箭长征九号的研制,将我国进入空间的能力比现在提升5倍以上,并在2030年左右实现首次飞行。届时,它将在更为遥远的深空留下我们中国航天人探索宇宙秘密的航迹。