陈奕君 科技日报记者 付毅飞
1982年9月9日,长征二号丙运载火箭(简称长二丙火箭)在酒泉卫星发射中心首飞成功,将我国首颗应用型返回式卫星送入太空,并在随后十年里包揽了我国返回式卫星发射任务。
长二丙火箭首飞。
如今,长二丙火箭已服役整整40年。作为我国服役年限最长的火箭,这位“长征老将”不仅创造了中国航天的多项历史,近年来还在不断解锁新任务。
服役年限最长
1975年11月26日,由中国航天科技集团一院抓总研制的长征二号火箭将我国第一颗返回式卫星准确地送入预定轨道,拉开我国常规液体推进剂火箭发展的帷幕。
为实现更重卫星的发射,型号队伍组织开展了长征二号火箭的改进设计,使其近地轨道运载能力由1800公斤提高到2500公斤,可靠性同步大幅提升,并设“番号”——长征二号丙火箭。长二丙火箭首飞成功之后,全面替代了长征二号火箭执行发射任务,实现无缝升级。
长二丙火箭长约43米,一、二级和整流罩直径均为3.35米。自首飞至今40年间,其通过构型、系统改进,持续推进可靠性提升和运载能力增长。2021年8月24日,长二丙火箭搭载4.2米构型整流罩成功飞行,这将成为它后续任务的主力整流罩。
4.2米整流罩构型首飞。
第一型“金牌火箭”
1987年,长二丙火箭在成功发射我国第 10颗返回式卫星后,在我国运载火箭中率先被中国质量协会授予“全国质量金质奖”。
被授予“全国质量金质奖”。
至1998年底,该火箭17次发射任务均圆满成功,被授予“优质长征二号丙运载火箭金牌”,成为我国首型“金牌火箭”。
正因为具备高可靠性和高适应性,长二丙火箭能适应不同发射场的不同设备及气候环境,因而早在2003年,它就已经见识过戈壁胡杨、踏上过黄土高原、走进过横断山脉,成为我国第一型在酒泉、太原、西昌三大内陆发射场都圆满完成任务的火箭。
用途范围最广
以长二丙火箭为基础,我国又研制出了带固体上面级的长二丙/FP、长二丙/SM、长二丙/SMA,以及带液体上面级的长二丙/YZ-1S构型火箭。
长二丙火箭部分构型。
长二丙及其改进型火箭是长征系列运载火箭中唯一同时具备发射近地轨道(LEO)、太阳同步轨道(SSO)、地球同步转移轨道(GTO)及大椭圆轨道卫星能力的运载火箭,发射方式有单星发射、串并联双星、并联三星发射、侧挂多星发射。因而它也是我国目前运用最灵活、用途最广泛的运载火箭。
“衍生”型号最多
两级状态长二丙火箭是我国常规液体推进剂火箭的基石,它在“下捆上改”方针指引下,快速构建了我国常规液体推进剂火箭型谱。
长二丙火箭加上液氢液氧的三子级,即衍生出长征三号火箭,用于发射地球同步轨道卫星。后续又衍生出长征三号甲、长征三号乙和长征三号丙火箭。
加上常规推进剂三子级,即衍生出长征四号火箭,用于发射太阳同步轨道卫星。
捆绑4枚同类型液体助推火箭,即衍生出长征二号E大推力运载火箭。进一步改进优化,则构建起中国载人航天工程的“神箭”——长征二号F火箭。
“神箭”长征二号F。
率先涉足国际发射服务
1985年,我国首次参加巴黎国际航空展览会,同法国公司签订了一份使用长二丙火箭在发射返回式卫星的同时,搭载法国马特拉公司微重力试验装置的合同。这是中国航天首次进入国际商业发射市场。
长二丙火箭搭载法国马特拉公司微重力实验装置。
1987年11月,我国又和一家瑞典公司签订合同,明确使用长二丙火箭搭载发射该公司的“FREJA号”科学试验卫星。这是我国首次签订外国卫星搭载发射服务合同。
“第一”× N
1997年,中科院空间中心提出地球空间双星探测计划,并与欧空局达成项目合作协议。对于这项首次由中方提出、中方为主的空间探测国际合作计划,运载火箭的选择是关键问题之一。长二丙火箭由于其辉煌的发射历史而被选中。2003年12月30日,长二丙/SM火箭从西昌卫星发射中心成功发射该计划的首星——探测1号卫星,实现了我国空间探索的第一次国际合作。
这次任务中,长二丙/SM火箭成功地将探测1号卫星发射到了近地点550公里 、远地点 66970公里的预定卫星工作轨道。这是当时我国发射的最高工作轨道。
要将卫星发射到这么高的轨道,需要火箭具有相当大的推力,不仅能将卫星送入轨道,还要对卫星的姿态进行调整。为此,长二丙火箭首次增加了上面级。其一、二级将卫星与上面级送入停泊轨道;上面级与二级分离后,进行调姿、滑行、起旋,并在预定轨道变轨,使卫星进入轨道;随后再经过消旋、调姿,使卫星的自旋轴垂直于黄道平面后,上面级再起旋至卫星要求转数,然后与卫星分离。
长二丙火箭与远征上面级。
老火箭闯新关
近年来,宝刀未老的长二丙火箭不断迎来新的挑战。
2019年7月26日,长二丙火箭在遥感三十号07组卫星发射任务中,搭载验证了我国首个基于栅格舵的一子级再入控制技术,实现我国首次火箭一子级受控再入,实际落点距离理论落点仅偏差1.9千米。该技术可使一子级落点范围缩小96%以上。
一子级再入控制技术验证。
2021年7月19日,长二丙火箭在发射遥感三十号第十组卫星任务中,成功搭载验证了“整流罩再入控制用减速伞超音速开伞”,首次实现我国运载火箭整流罩带伞降落。这标志着“整流罩落区控制”关键技术得到突破,破解了整流罩再入过程跨音速段结构极易解体的难题。该技术不仅能将缩小整流罩落区面积缩小80%以上,更有望对其实现无损或轻损着陆、回收。
“身背”降落伞的整流罩。
为更好完成高密度发射任务,长二丙火箭近年还先后应用了弹道高空风双向修正及射前准实时二次补偿、主动减载控制、一级导引控制等技术,显著降低了飞行中的气动载荷,提高了飞行安全性和发射效率。在2022年发射任务中,型号突破3秒内完成3个串联体分离的快速分离技术,创造了4个月从启动任务论证到完成发射的超短任务响应周期。
(中国航天科技集团一院供图)