第二次發(fā)射失敗墜入至暗時刻 從頭再來第三次發(fā)射迎來重生

全身黑科技 “胖五”打贏翻身仗

距離海邊約800米的發(fā)射平臺上，長征五號運(yùn)載火箭白色箭體上，鮮艷的五星紅旗格外醒目。有20層樓高的火箭筆直站在那里，直指蒼穹。

240多項關(guān)鍵技術(shù)突破、15000余秒關(guān)鍵技術(shù)試驗、900多個日夜的磨礪、10余萬航天人的堅守……被稱為“胖五”的中國“最強(qiáng)火箭”長征五號迎來重生時刻，圓滿完成第三次發(fā)射任務(wù)。

30年追夢

長五二次發(fā)射時曾被澆得“透心涼”

進(jìn)入21世紀(jì)，世界主要航天國家均推出了新一代運(yùn)載火箭，進(jìn)入太空的需求與能力與日俱增。美國的宇宙神5、德爾塔4、獵鷹重型火箭，歐洲的阿里安5火箭，都是這一賽道的“重量級選手”。

早在20世紀(jì)80年代中期，專家們就開始積極呼吁國家研制使用液氧煤油環(huán)保推進(jìn)劑的運(yùn)載火箭。

2006年，國家正式立項研制長征五號新一代大推力運(yùn)載火箭，經(jīng)過10年攻堅，長征五號于2016年實現(xiàn)首飛。

然而，在第二次發(fā)射任務(wù)中，長征五號經(jīng)歷了至暗時刻。當(dāng)火箭發(fā)射升空后，當(dāng)人們還沉浸在興奮與激動之中……第346秒，長征五號芯一級液氫液氧發(fā)動機(jī)突發(fā)故障，發(fā)動機(jī)推力瞬時大幅下降，發(fā)射任務(wù)宣告失敗！“當(dāng)我們正要邁向更強(qiáng)的路上，被一盆冰水澆得‘透心涼’。”中國航天科技集團(tuán)長征五號火箭總指揮王玨回憶當(dāng)時的感覺，真有一種“天要塌了的想法”。

走出至暗時

“萬人一桿槍”打贏“翻身仗”

“航天歸零”——中國航天人應(yīng)對眾多復(fù)雜困難和挑戰(zhàn)的法寶之一，就是“從頭開始、重新再來”，用嚴(yán)慎細(xì)實的態(tài)度和一絲不茍的作風(fēng)面對困難和挫折。

王玨告訴記者，在歸零過程中，通過建立“故障樹”，“胖五”研制團(tuán)隊對50多個可能造成推力下降的事件進(jìn)行了逐一的排查，從長征五號第二發(fā)失利到第三發(fā)成功，累計進(jìn)行了40余次、15000余秒關(guān)鍵技術(shù)試驗，總計超過20000余次各種地面試驗，只為磨礪出一枚更強(qiáng)壯、更健康的“胖五”。

2019年4月4日，長征五號第三發(fā)火箭的總裝工作進(jìn)入到最后階段，一臺用于后續(xù)任務(wù)的芯一級氫氧發(fā)動機(jī)在試驗數(shù)據(jù)分析過程中出現(xiàn)異常。研制人員通過“蛛絲馬跡”，順藤摸瓜找到問題“癥結(jié)”。

發(fā)生這一情況后，中國航天科技集團(tuán)一院黨委書記李明華臨危受命，擔(dān)任長征五號火箭“第一總指揮”。在中國航天史上，只有當(dāng)任務(wù)面臨巨大挑戰(zhàn)時，才會增設(shè)這一崗位。

李明華和同事們反復(fù)研究比較，最終選擇進(jìn)行局部改進(jìn)，同時組織全國優(yōu)勢資源聯(lián)合攻關(guān)，其中既有清華、北航、北理工等高校的研究資源，也有航空、船舶等領(lǐng)域的院士專家，大家齊心協(xié)力再攻關(guān)。

問題少一個，勝算多一分。在文昌航天發(fā)射場，任務(wù)失利后，“超越最高標(biāo)準(zhǔn)”成為發(fā)射場全線的質(zhì)量新目標(biāo)。“長征五號火箭在飛行過程中要完成的動作總共有2000多項，其中任何一個出現(xiàn)問題，都會對火箭飛行造成嚴(yán)重影響，甚至造成發(fā)射失敗。我們只有做到完美，才能坦然面對。”李明華說。

“顆顆螺釘連著航天事業(yè)，小小細(xì)節(jié)決定任務(wù)成敗。”中國航天科技集團(tuán)五院技術(shù)顧問、“人民科學(xué)家”葉培建院士曾直言，航天是一項“10000-1=0”的事業(yè)，“萬人一桿槍”是航天事業(yè)的真實寫照。

全身黑科技

國內(nèi)展開面積最大、翼展最長的太陽翼

很多人都把太陽翼比作衛(wèi)星的“翅膀”，不過它的作用可不是用來飛行，而是為衛(wèi)星提供能源。

實踐二十號衛(wèi)星身軀龐大，它的“翅膀”是我國迄今為止面積最大、翼展最長、展開方式最復(fù)雜的太陽翼，雙翼展開比波音737飛機(jī)的翼展還要寬10米。盡管這雙“翅膀”十分巨大，但是卻“身輕如燕”。

太陽翼面積的大大增加，就能帶來源源不斷的超強(qiáng)電流供給，讓實踐二十號衛(wèi)星始終擁有充沛體力，為更多的小伙伴提供廣播電視服務(wù)、移動通信服務(wù)等。

“小關(guān)節(jié)”力氣大和“大心臟”品質(zhì)高

實踐二十號衛(wèi)星巨大的太陽翼雖然不能像翅膀一樣上下?lián)]舞，但是能夠低速轉(zhuǎn)動，保證始終朝向太陽，從而最大限度地獲取太陽能。而帶動太陽翼轉(zhuǎn)動的則是一個“小關(guān)節(jié)”——太陽翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

別看太陽翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)個頭嬌小，卻是一個耐冷耐熱耐沖擊的“大力士”，它能輕輕松松承受巨型太陽翼展開帶來的沖擊載荷，驅(qū)動百來斤的質(zhì)量轉(zhuǎn)動也不在話下。

實踐二十號衛(wèi)星巨大的太陽翼能夠提供超強(qiáng)電流。如何讓這些電流既不過大也不過小，而且能聽話地流到衛(wèi)星每一個角落，維持衛(wèi)星的健康運(yùn)轉(zhuǎn)呢？為此，研制人員為衛(wèi)星配備了一顆“大心臟”——國內(nèi)功率最大的電源控制器。與第一代電源控制器相比，它在功率增大3倍以上、功率密度提升2.5倍的情況下，重量卻只增加了40%。

在天地間架起信息傳輸高速公路

隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的增加，用戶對于大容量通信衛(wèi)星的需求越來越迫切。實踐二十號衛(wèi)星搭載的由航天科技集團(tuán)五院研制的甚高通量通信載荷，涵蓋了Q/V頻段載荷、寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)器等。

“提高衛(wèi)星通信容量主要手段在于提高可用頻段帶寬。如果把靜止軌道比作太空中的一條高速公路，那么這條高速公路是所有太空高速公路上最為擁擠的。而使用Q/V頻段相當(dāng)于把這條高速公路拓寬了4-5倍。”中國航天科技集團(tuán)五院實踐二十號衛(wèi)星總設(shè)計師李峰說。

激光高速通信從夢想照進(jìn)現(xiàn)實

激光通信是天基信息網(wǎng)上的骨干節(jié)點(diǎn)及導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行的重要手段，近年來一直是航天領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)問題。

實踐二十號衛(wèi)星搭載了五院研制的激光終端，將實現(xiàn)在軌的星地通信，通過雙通道信號傳輸，可以實現(xiàn)10G左右的通信容量，相比于傳統(tǒng)的微波通信，實現(xiàn)了指數(shù)級的增長。

相比于目前在軌應(yīng)用的單一體制的激光終端，實踐二十號衛(wèi)星搭載了三種體制的激光終端，將進(jìn)行長期的星地通信驗證，為后續(xù)不同體制的激光終端的研制積累大量的在軌數(shù)據(jù)，為這項“黑科技”在空間站等未來航天器上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

“混合推進(jìn)”讓衛(wèi)星飛行更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)

隨著科技進(jìn)步和對環(huán)保的重視，很多人在買汽車時都喜歡選購油電混合動力汽車，兼具汽油發(fā)動機(jī)和電池發(fā)動機(jī)的雙重優(yōu)勢。實踐二十號衛(wèi)星采用的正是這樣一套混合推進(jìn)系統(tǒng)，由化學(xué)推進(jìn)和電推進(jìn)提供混合動力，相當(dāng)于衛(wèi)星里的 “油電混動汽車”。

化學(xué)推進(jìn)力量大，效率低，適合快速變軌和調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，盡快將衛(wèi)星送入既定工作軌道；電推進(jìn)力量小，但推力精度高、效率高，適合在軌長期精確軌道調(diào)整。實踐二十號衛(wèi)星的化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)使用了最新的板式貯箱、超聲波流量計、高精度壓力傳感器和熱容法等產(chǎn)品和技術(shù)，實現(xiàn)了對燃料的精確測量和管理，確保一滴推進(jìn)劑都不浪費(fèi)。

“降溫神器”可展開式熱輻射器

實踐二十號衛(wèi)星尺寸大、體積大、重量大、功耗大，產(chǎn)生的熱量多，如果不及時散熱，就可能“上火”，造成各種設(shè)備失效從而無法正常工作。怎么辦？研制人員為它準(zhǔn)備了一個“降溫神器”——基于單相流體回路的可展開式熱輻射器。

專家介紹，這個“神器”在“胖五”發(fā)射時，緊緊收攏在衛(wèi)星內(nèi)壁上，一旦衛(wèi)星準(zhǔn)確入軌，它就會自動解鎖并向外展開。“形象地說，就像小狗熱了吐出個舌頭一樣，這扇特殊的窗戶就相當(dāng)于衛(wèi)星的舌頭。”

此次隨實踐二十號衛(wèi)星搭載飛行成功，證明了這個“神器”能夠有效解決航天器功耗增大和散熱面積不足的矛盾，為我國未來萬瓦級衛(wèi)星平臺的研制提供了有力的支撐。

文/新華社