確保任務(wù)成功，神箭、神舟又『進化』了

文/航箭

長二F運載火箭發(fā)射瞬間。宿東 攝

6月5日10時44分，搭載著神舟十四號載人飛船的長征二號F運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。約7小時后，神舟十四號載人飛船與中國空間站成功交會對接。這一系列成功的背后是火箭、飛船等航天裝備方方面面的改進提高，亮點頗多。

長二F火箭接受檢測

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在中國載人航天史上，長征二號F運載火箭執(zhí)行了迄今所有載人飛船的發(fā)射任務(wù)，成功率達100%，被譽為“神箭”。

“神箭”背后是航天工作者的嚴苛細致。載人火箭的標準比其他運載火箭更高，冗余要求也更高，還具有逃逸系統(tǒng)、故檢系統(tǒng)。在相同直徑的火箭中，長二F火箭的總裝工作量幾乎比其他型號多一倍，總裝周期幾乎也長了一倍。

此次發(fā)射的長二F遙十四火箭和之前發(fā)射“神十三”的長二F遙十三火箭屬于同一批次產(chǎn)品，狀態(tài)基本一致。經(jīng)過不斷的技術(shù)改進，長二F火箭飛行的可靠性評估結(jié)果為0.9894。

長二F火箭副總設(shè)計師劉烽透露，工作人員想方設(shè)法，不斷提升火箭可靠性。例如，長二F遙十四火箭在防熱方面做了改進，試驗隊在火箭助推的前捆綁和后捆綁位置增加了防熱罩，對分離火工品給予保護，確保其不受飛行過程中的熱環(huán)境影響。

長二F火箭整流罩、逃逸塔特寫

本次發(fā)射前，火箭保持應(yīng)急救援待命狀態(tài)6個月，比長二F遙十三火箭增加了一倍，且豎立存放了8個月，創(chuàng)下新紀錄，還在發(fā)射場順利過冬。對此，試驗隊制定了一系列檢查和保障措施。發(fā)射場方面每周都會開展巡視檢查，保證火箭存放廠房的溫度、濕度等環(huán)境條件適宜，制定防鼠防蟲等措施。進場后，試驗隊又開展了一系列檢查和測試，例如對承力部件的力矩松弛情況做了檢查，對長期帶壓存放的產(chǎn)品進行了壓力監(jiān)測，確保產(chǎn)品狀態(tài)良好。

火箭的逃逸整流罩有32把鎖，把2個半罩連到一起。掛鎖是特別關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，如果沒連好或者出現(xiàn)卡滯，一旦火箭飛行中出現(xiàn)問題，逃逸整流罩打不開，后果不堪設(shè)想。掛鎖安裝完后，設(shè)計師需要乘坐升降車，拿著內(nèi)窺鏡，透過操作口從上到下對32把鎖逐一進行狀態(tài)檢查，一般安裝和檢查工作全程需要8個多小時。按照試驗隊新隊員的意見，火箭把仰罩安裝火工品改為扣罩安裝火工品，避免了人員爬到產(chǎn)品上安裝操作，讓流程進一步優(yōu)化。

長二F火箭轉(zhuǎn)運

長二F運載火箭被譽為“神箭”

按照“打一發(fā)，備一發(fā)”的模式，長二F遙十五火箭已隨試驗隊進場。這是新一批次產(chǎn)品，在進一步提高發(fā)射概率、消除單點故障、提升產(chǎn)品可靠性、元器件國產(chǎn)化、工藝改進、產(chǎn)品熱防護等方面，做了50余項技術(shù)改進和提升。

為提高發(fā)射概率，長二F遙十五火箭在發(fā)射前增加了雙向風(fēng)修正措施。原先，如果發(fā)射前氣象條件不太好，比如高空風(fēng)較大，超出了火箭允許的發(fā)射條件，可能就要推遲或終止發(fā)射。采用雙向風(fēng)修正措施后，在一定的風(fēng)場作用下，試驗隊可根據(jù)實時的天氣情況重新生成一套發(fā)射諸元參數(shù)，在一定程度上修正風(fēng)對火箭的影響。

試驗隊還將對火箭地面測發(fā)控設(shè)備進行更新改造，提高可靠性，針對原有的測試設(shè)備單點進行冗余設(shè)計，進一步打通發(fā)射區(qū)測試網(wǎng)絡(luò)，提高信息化、集成化能力，改善操作流程，還增加了自動判讀功能。

飛船不斷“隱形創(chuàng)新”

根據(jù)規(guī)劃，從神舟十二號飛船到神舟十五號飛船采用組批研制模式，飛船技術(shù)狀態(tài)基本一致，安全、穩(wěn)定、可靠地承擔(dān)著航天員和物品天地往返運輸任務(wù)。放眼世界航天舞臺，神舟飛船的安全性是首屈一指的。

在空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段，工作團隊已經(jīng)通過神舟十二號、神舟十三號飛船驗證了交會對接、繞飛、長期駐留、快速返回等關(guān)鍵技術(shù)。可以說，神舟十四號飛船具備了空間站建造和運營階段的全部“十八般武藝”。

航天科技集團五院載人飛船系統(tǒng)項目技術(shù)副經(jīng)理邵立民解釋稱，一個產(chǎn)品要走向批量研制，最關(guān)鍵的是要有“比較健壯的設(shè)計”，做到批量化生產(chǎn)，形成規(guī)模，使管理更嚴密，實現(xiàn)高質(zhì)量保成功、高效率完成任務(wù)，才能滿足空間站任務(wù)的高密度發(fā)射需求。

航天人奮戰(zhàn)一線

神舟十四號飛船自去年8月進入酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心并完成待命狀態(tài)設(shè)置以來，在發(fā)射場共計待命了7個月，堪稱“中國航天史上最長”。試驗隊首次開展“北京-酒泉”遠程發(fā)射場巡檢工作，確認了飛船狀態(tài)滿足應(yīng)急發(fā)射條件，驗證了“一船發(fā)射、一船待命”的滾動備份模式。

神舟十四號飛船與團隊合影

不過，組批研制的神舟飛船研制生產(chǎn)模式已發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。航天工作者透露，以前在發(fā)射場80～90天才能完成1艘飛船的工作，現(xiàn)在45天就可以完成2艘飛船的工作。

神舟飛船團隊今年要按計劃執(zhí)行返回、2船次交會對接、3船次應(yīng)急救援待命任務(wù)，涉及神舟十三號飛船至神舟十六號飛船共4艘，還要并行開展神舟十七號、神舟十八號飛船的地面研制工作。

在本次任務(wù)中，神舟團隊采用北京-酒泉兩地遠程協(xié)同的科學(xué)管理模式，最大限度地發(fā)揮團隊作用，保障發(fā)射型號和出廠前型號并行研制。一方面，他們完成神舟十四號、神舟十五號飛船各項發(fā)射場工作，另一方面，抓實飛控、保障工作，為后續(xù)型號任務(wù)的產(chǎn)品交付、總裝測試等工作爭分奪秒，分析識別相關(guān)變化帶來的隱患風(fēng)險，及時消除。

這種嚴苛態(tài)度不止一次消除隱患。例如，之前在神舟十二號、神舟十三號飛船進行推進艙檢漏時，團隊發(fā)現(xiàn)原先拆裝前端吊裝附件的操作可能會帶來隱患，通過在上海、北京扎實開展試驗，最終優(yōu)化流程，取消了附件拆裝環(huán)節(jié)。

從空間站核心艙看神舟十四號飛船

神舟十四號飛船與空間站核心艙交會對接

飛船靠近核心艙對接口并捕獲

其實，組批研制的神舟飛船也有不少軟性改進和“隱形創(chuàng)新”。

例如，神舟十三號飛船返回方案由原先規(guī)劃的11圈返回變?yōu)?圈返回。經(jīng)過改進，航天員的準備時間、在軌等待時間都顯著縮短，舒適性顯著提高，航天員回來之后也對這次快速返回表示贊賞。雖然產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)“固定”，但神舟飛船運用模式還可以有很多創(chuàng)新，返回方案的變化就是典型的軟性改進，效果非常明顯。

未來神舟十四號、神舟十五號飛船同時在軌時，飛控團隊的原則是“有縫銜接”，不會讓2艘飛船同時交疊操作，要在程序上切割開。但在進行任務(wù)準備時，團隊會選擇“無縫銜接”，按照最復(fù)雜的情況做準備，確保任務(wù)萬無一失。

“隱形創(chuàng)新”有時要考慮極端情況：萬一出現(xiàn)緊急事件，對接機構(gòu)承受撞擊的能力如何？密封材料性能如何？能源系統(tǒng)不同工況下適應(yīng)能力如何？發(fā)射場太陽翼展開試驗如何進一步優(yōu)化流程？航天工作者們針對風(fēng)險分析結(jié)果，進行了一系列試驗驗證和仿真分析工作，全面細致做好技術(shù)風(fēng)險控制，確保飛行任務(wù)圓滿完成。

太空護航精準對接

徑向交會對接是今年實現(xiàn)6名中國航天員同時在軌飛行的關(guān)鍵，也是中國空間站建造任務(wù)的必要一環(huán)。為熟練掌握這一技能，神舟飛船已反復(fù)演練。

2021年9月16日，神舟十二號載人飛船與核心艙分離后，繞到了節(jié)點艙徑向?qū)涌诘恼路剑诟糁?9米遠的接口下“駐足”。10月16日，神舟十三號載人飛船飛過了這19米，首次完成了與空間站組合體徑向交會對接。

這次，神舟十四號載人飛船再次完成與空間站組合體的徑向交會對接，大體上沿用了之前飛船的技術(shù)方案，又對部分細節(jié)優(yōu)化調(diào)整，進一步掌握并完善了徑向快速交會對接技術(shù)。

相比在同一水平面軌道進行的前向和后向?qū)樱瑥较蚪粫訌奶旌秃诵呐撓路竭M行。飛船和核心艙在軌道高度上有偏差，飛行速度不同。在接近過程中，除需在徑向方向上改變飛船的速度、位置，還要在速度方向上控制飛船的角度，屬于高度動態(tài)的對接過程，要求控制系統(tǒng)實時感應(yīng)核心艙的位置，并實時控制飛船。

為此，神舟十四號飛船配備了控制計算機、微波光學(xué)敏感器等交會控制設(shè)備，可自主飛到空間站組合體附近，不依賴地面測控系統(tǒng)。

在這個過程中，航天科工集團三院33所研制的高精度加速度計組合再立新功，出色完成了微重力環(huán)境下加速度的測量任務(wù)，幫助飛船精準把握速度和位置，使交會對接又穩(wěn)又準。簡單地說，加速度計先后完成穩(wěn)定性提升、真空環(huán)境適應(yīng)性改造、溫度環(huán)境適應(yīng)提升等迭代過程，與它的“翻譯官”IF轉(zhuǎn)換電路進行功能整合，通過系統(tǒng)優(yōu)化，讓各個器件的兼容性和穩(wěn)定性達到最優(yōu)。

航天科工集團二院25所研制的微波雷達承擔(dān)著中遠距離空間飛行器間距離、速度、角度等相對運動參數(shù)的精確測量任務(wù)，是空間交會對接技術(shù)中的關(guān)鍵測量敏感器。此次飛行任務(wù)中，微波雷達再次與安裝在空間站核心艙上的微波應(yīng)答機配合工作，為空間交會對接任務(wù)保駕護航。

回顧神舟十四號飛船自主快速交會對接過程：飛船由火箭護送，從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射入軌后，3圈內(nèi)完成6次變軌，用4.5小時到達空間站后下方大約50公里的位置，隨后途經(jīng)中瞄點、停泊點，姿態(tài)調(diào)整為垂直飛行，再停靠于空間站下方徑向?qū)涌?。從船箭分離到對接機構(gòu)鎖緊，只需6.5小時左右。而航天專家透露，如果任務(wù)需要，交會對接速度還可以更快。

2022年3月27日，完成全部既定任務(wù)的天舟二號貨運飛船撤離空間站后，利用推進劑余量，以核心艙前向端口為目標端口，執(zhí)行了快速交會驗證，整個過程僅用了2小時。隨著各項技術(shù)在工程中不斷應(yīng)用、驗證，技術(shù)迭代將越來越快，2小時“超快速交會對接”或?qū)⒃谥袊臻g站建造過程中成為現(xiàn)實。

（感謝宋皓薇、任長勝、張航、王奧博對本文的貢獻）