都說長五送嫦五,只是“送”這麼簡單嗎
2020年11月26日15:36

  來源:中國航天報

  11月24日淩晨,萬眾矚目中,由航天科技集團研製的嫦娥五號探測器在長征五號運載火箭的托舉下飛越椰林和大海,奔向月球。

  曆經波折,長征五號不負眾望,終於在此刻兌現與嫦娥五號的“約定”。這意味著,火箭與“初戀”嫦娥五號探測器遲到3年的浪漫傳奇赴約故事,迎來了圓滿結局。

  “初戀”:眾里尋她 緣定嫦五

  長五火箭與嫦五探測器的特殊“緣分”需要回溯到10多年前。

  2006年,長征五號運載火箭立項,2009年轉入初樣階段。該型火箭最初研製的主要目的是提升國家自主進入空間的能力,但並沒有明確的發射任務需求。

  2009年,嫦娥五號恰好開始論證,目標是實現月球無人采樣返回。由於一次發射需要承擔多項工程任務,嫦娥五號的重量急劇增大到8.2噸重,只能由大推力的火箭來實施發射。因此,長五火箭擁有了首個明確的應用對象:嫦娥五號。

  “從那年開始,在一定程度上而言,嫦娥五號牽引了長征五號的一些研製工作。”長五火箭總體副主任設計師李平岐介紹,因為嫦娥五號對運載能力要求比較高,航天科技集團一院對長五火箭進行了優化,其中整流罩的長度變化尤為典型。

  整流罩就像一件巨大的人工“羽衣”,為探測器披上堅固鎧甲。從方案階段一直到初樣初期,長五火箭的整流罩一直都保持在18.5米的狀態。

  但該長度的整流罩更多是發射地球同步轉移軌道載荷,速度要求比較低;而月球探測任務速度要求比較高,載荷的重量減小,對整流罩的空間需求有所下降。

  結合這些因素,研製團隊將長五火箭的整流罩長度由原來的18.5米調整到12.267米,直到現在依舊保持著這個標準。

  “這個長度的整流罩相當於為嫦娥五號量身定做,當然也可以適應其他的一些載荷。”長五火箭01指揮、總體主任設計師黃兵表示。

  黃兵從2006年加入長五火箭團隊,恰逢研製任務剛剛起步,全程見證了“長五”與“嫦五”的緣起。這也成為了他心中頗具羅曼蒂克色彩的“初戀”與“初心”的故事。

  “遲到”:穿越山海 一波三折

  “嫦娥五號的研製任務進展非常順利,將於2017年前後在中國文昌航天發射場發射。”2015年5月,海南省海口市舉行“九天攬月——中國探月工程展”,中國探月工程總設計師吳偉仁在現場表示。

  2017年1月,嫦娥五號探測器著陸器推進子系統正樣熱試車取得圓滿成功。研製者們正如火如荼進行嫦娥五號正樣階段的最後衝刺。

  那時,嫦娥五號發射任務成為國內外關注焦點,經曆過首飛成功的長五火箭也意氣風發,一切似乎正朝著預期順利推進。

  然而,2017年7月2日,“不少人的心突然在黑夜中急速墜落,甚至有十幾秒都停止了呼吸,傻了。”19時23分,長五遙二火箭在中國文昌航天發射場點火升空後,飛行出現異常,發射任務失利。長五火箭地面發射支援系統型號主管孫振蓮回憶起來依舊心有餘悸。

  失利消息一出,中國航天遭到了前所未有的質疑,黑雲重重地壓在了長五研製團隊每個人的心口。

  幾個月後,失利故障原因基本查明,故障出自火箭的芯一級YF-77發動機。長征五號工程研製團隊開始在一望無際的黑暗中摸索。

  這意味著長五火箭發射嫦娥五號的任務被推遲,時間未知。

  經曆了908天的漫長歸零後,2019年12月,長五火箭再次在中國文昌航天發射場點火升空,成功將實踐二十號衛星送入預定軌道,長五火箭團隊走出至暗時刻。

  這次具有重要意義的勝利為中國航天“超級2020”打下了堅實基礎,以嫦娥五號探測器、天問一號火星探測器、新一代載人飛船試驗船為代表的“三大戰役”引發公眾極大關注。這其中,天問一號和嫦娥五號為長五火箭的兩次應用性發射。

  “因為火星任務的週期就剛好在7月23日到8月5日的區間內,兩年才有這樣一個機會,所以天問一號搶在嫦娥五號之前成為了長五火箭的首個應用性發射。但是,這絲毫不改變嫦娥五號在長五研製團隊心目中的地位,可以說嫦娥五號任務是初心之戰,也是圓夢之戰。”黃兵表示。

  面對時間節點緊湊的“三大戰役”,長五火箭副總設計師賀建華一直都在發射現場,各個任務期間從未離開過。

  5月5日傍晚,新一代載人飛船試驗船搭載著長征五號B運載火箭成功起飛,當大家都還沉浸在勝利的喜悅中時,賀建華已經開始考慮如何帶領團隊快速恢復地面設備,使其具備執行下一次發射任務的條件。

  當時距離7月23日的火星發射窗口僅有70多天時間。按照程式,必須要等到地面設備恢復之後,長五火箭才能開始後續發射場測發流程。

  據瞭解,地面發射支援系統包括發射設備、吊裝設備、運輸和轉載設備、氣液連接器、供氣設備等,發射時設備處於高溫及強烈的振動中,發射後必須重新檢修調試一遍,恢復設備的功能特性。因此,工作非常繁雜。

  時間節點被一再壓縮,由原計劃的45天縮短到35天。依靠充足的資源保障、精心策劃和合理安排,一些工作人員提前進場做好準備,不同的工作、不同的系統儘量並行開展,不能並行的工作就通過加班加點來實施。

  夏日的文昌,必須“看天吃飯”,隨時可能因為颱風、下雨而不得不停止工作。團隊在酷暑中揮汗如雨、爭分奪秒,最終只用了31天就完成全部任務,比原本已經壓縮的計劃還提前了4天,使“天問一號”發射正好趕上7月23日的前沿窗口,火箭也打出了超高精度。

  “赴約”:不忘初心 贏得芳心

  為了這場跨越3年的“赴約”,長五火箭在發射試驗隊的精心嗬護下精神抖擻,以帥氣的姿態震撼亮相,在龐大“親友團”一步步護送下,完成了垂直轉運,為即將來臨的出征做最後的準備。

  對於火箭而言,執行不同的任務,助推、芯級產品等都能夠實現通用。但因為不同載荷對整流罩的開口要求不同,有效載荷的支架以及整流罩並不通用。

  長征五號遙五火箭的整流罩和載荷支架,同嫦娥五號探測器一樣,也經過了3年的貯存期。據瞭解,作為嫦娥五號護身鎧甲的整流罩早在2017年就已經準備就緒,之後一直停放在一院211廠天津火箭公司的車間,於沉寂中靜靜等待。

  鑒於整流罩原本整體上比較軟,如果停放時間長,就更加容易變形。為了把它保養好,天津火箭公司57車間裝備測試二組組長李萌和團隊花費了比以往更多的心血。

  “如果它自身變形量比較大,那麼進行合罩工作難度會加大。除了定期為其測量尺寸,進行清潔等日常保養外,後來我們又進行局部補漆,把標識也重新貼了一遍。”李萌說道。

  為了確保產品質量,在長五火箭進入文昌發射場前,試驗隊對整個載荷支架又重新進行了無損檢測,確保其狀態和質量滿足嫦娥五號任務的需求。

  “對長五火箭來說,發射嫦娥五號探測器的軌道是全新的。為了這個任務,我們開展了全新的設計,所有設計工作都經過了嚴格縝密的地面試驗驗證,保證我們能將探測器準確送入軌道。”長征五號運載火箭副總指揮曲以廣表示。

  與發射火星探測器任務相比,因為涉及2020年地月關係的限製,探月任務的窗口更顯珍貴。對於火星探測任務,窗口大約是14天,每天30分鐘;而嫦娥五號任務在今年的窗口總共只有3天,11月有2天,12月有1天,每天50分鐘。

  “為了提高發射概率,我們採用了窄窗口多軌道的方案,每天設計5條軌道,覆蓋50分鐘的窗口寬度。同時在彈道設計上採用變射向、變滑行時間的思路,儘量讓整個軌道更加優化、運載能力更大,最終確保整個任務的實施有更大的餘量。”李平岐解釋說。

  據李平岐介紹,長五火箭之前的幾次發射,也都為嫦娥五號任務進行了一些驗證工作,包括窄窗口多軌道、長滑行時間等。這些都是嫦娥五號任務所特有的一些需求。

  “逐夢”:塑造完美 誌存高遠

  長五火箭從來沒有放棄對於完美的追求。

  從首飛到當下,長五火箭始終在不斷改進優化。“尤其是從遙二失利之後,我們改了200多個大項,小項就不計其數了,目標就是想把長五火箭逐步改成我們心目中最理想、最完美的那種樣子。”黃兵說道。

  隨著技術的日新月異以及越來越多的年輕人加入團隊,長五火箭的創新加快了步伐。以前,大貯箱封箱時主要靠照相機拍,但是否能夠拍到需要的角度並無法得到保證。隨著VR技術的快速發展,試驗隊積極主動加以引進,在封箱一刹那就能夠輕鬆關注到所有狀態,記錄保存下來便於追溯。

  “長五火箭從來不排斥使用一些新技術獲得進步,加快與國際接軌的步伐。隨著火箭技術狀態的穩定,火箭本身實現了更大的可靠性,因此箭體上能夠改變的硬件會越來越少。但我們步履不停,一直在關注能夠為我們所用的一些新技術。”黃兵表示。

  去年長五遙三以來,截至目前,長征五號系列運載火箭總共執行了4次飛行任務,工作量十分飽滿。對於一枚長五系列火箭來說,總裝時間大概需要3個月,總測時間1個月,進入發射場以後,整個流程還需2個月。這意味著,一發火箭所需時間大概是6個月。

  為了實現一年內4次飛行試驗任務,長五火箭試驗隊基本上將幾次任務並行開展。當這一發火箭在發射場進行發射準備的同時,另一發火箭開展總裝總測相關工作。隊伍分成幾撥,分別在北京、天津、文昌等地同步開展工作。通過這種並行的方式,最終才確保了目前一年四發的任務。

  長五火箭團隊普遍感知到“長五火箭在發射場的工作越來越順”,工作流程精細完善,技術狀態深化,一切逐漸走向穩定,整個節奏感也把握得越來越好。

  波瀾不驚的背後,是無數人經年累月的默默付出、充足的準備與永不褪色的初心。

  文/中國航天報記者 鄭恩紅

  圖/中國航天報

  編輯/劉岩

  審核/陳立

  監製/索阿娣

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