新箭新星齐腾空

尹怀勤

4月25日，我国今年首次宇航发射获得成功。这是一次新箭新星的双首飞，也是今年发射15箭17星1船的计划的一个精彩开局。

长三甲火箭家族成员

所谓新箭，乃是指此次发射的长征三号家族的新成员也是最后一位成员——长征三号丙运载火箭。长征三号火箭家族包括长三甲、长三乙、长三丙3种型号。它们均属于高轨道运载火箭，用来发射静止轨道卫星和宇宙深空探测器，都是从西昌卫星发射中心起飞的。

长三甲火箭自1994年2月8日首飞以来，已执行过15次发射任务。它于1986年3月开始研制，用了不到8年时间即投入使用。这种三级液体火箭，全长52.52米，一、二级直径3.35米，采用偏二甲肼为燃烧剂、四氧化二氮为氧化剂的常规推进剂；三级直径3米，采用液氢为燃烧剂、液氧为氧化剂的低温高能推进剂。火箭起飞质量241吨，可将2.6吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。

长三乙火箭1989年7月开始研制，1996年2月15日首飞，迄今已进行过9次发射。它是一种三级半液体运载火箭。半级是指在其一级火箭周围对称地捆绑着4个液体助推器。火箭全长54.83米，一、二级直径3.35米，采用常规推进剂；三级直径3米，采用低温高能推进剂；助推器直径2.25米，采用常规推进剂。其起飞质量426吨，能把5.5吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。

虽然在研制长三乙过程中就开始了长三丙的研制工作，但是直到1998年才开始集中力量进行攻关，2001年通过评审转入应用发展阶段，2005年正式投产。从结构原理上讲，长三丙火箭是将长三乙火箭去掉两个助推器而成的。换句话说，它也是一种三级半液体火箭，只是在第一级周围仅捆绑着两个助推器。火箭全长约55米，起飞质量约343吨，能把3.8吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。其运载能力介于长三甲和长三乙之间，在已有的两种火箭中间铺设了一个台阶。长三丙火箭的投入使用，使长三甲家族火箭在航天发射市场上有了更广阔的适用性。

火箭新丁“长三丙”

原来的长三乙火箭，在第一级周围全对称地捆绑着4个助推器，去掉第一、第三两个助推器之后就成了长三丙火箭。这看起来是件较简单的事，可实际上却不尽然。因为此举带来了非全对称构型火箭难题，需要进行一系列的技术创新才能解决，这也是长三丙成为长三甲家族成员中老幺的一个重要原因。

结构上的非全对称性，对火箭在飞行过程中的平衡是一个巨大的考验，也给火箭的姿态控制提出了新的课题。这使长三丙的总体设计状态与前两枚火箭有很大的不同。其气动设计、弹道即飞行轨迹设计、载荷设计、姿控设计等都需要进行重新匹配与规划。

为了确保火箭飞行的可靠性和安全性，科研人员充分考虑火箭在穿越大气层时遇到的各种恶劣情况，经过大量理论分析和试验，才确定了它的各种气动特性数据。综合权衡卫星轨道和入轨姿态要求、地面测控站的布局、残骸落区的安全以及风速、风向等因素，科研人员为长三丙火箭设计了一条全新的飞行路线。其中火箭助推器及各级残骸落区的设定，都考虑了当地人口密度和环境情况等因素。在姿控设计中，科研人员把火箭飞行所经受的各种内、外干扰，包括气动外形不对称、质心位置偏差、发动机推力偏差等影响加以统一考虑，才确定了最后方案。开始设计长三丙火箭时，在去掉两个助推器的位置上未加任何装置。后来的姿控设计为了提高火箭飞行过程中偏航通道稳定裕度，才在两处分别安装了相同的尾翼。

箭上控制系统是火箭的大脑。火箭飞行中的一系列动作变化，皆来自控制系统的指令。此前的所有长征系列火箭均为全对称结构，控制技术已很成熟，而长三丙火箭的结构特殊，为此，科研人员围绕火箭在空间飞行的状态做了255种仿真试验，最终提出了新的控制方法，为长三丙火箭量身定做了一套可控的飞行程序。这一技术成果为我国今后研制结构外形非全对称的运载火箭控制系统奠定了扎实基础。

拥有两个助推器的长三丙火箭，虽说是我国航天运载技术发展史上的一个开先河之作，但在国际上并不孤独。世界上早已出现这种结构的运载火箭。与同类型的火箭相比，长三丙火箭技术水平是一流的。用国际上公认的一个标志火箭综合性能的参数——运载系数，即火箭发射到预定轨道的运载能力，它用有效载荷除以起飞质量来衡量，长三丙火箭为1.1％，占世界第三位。我国已将长三丙火箭投放国际航天发射服务市场，对外承揽发射业务。就该火箭的运载能力而言，适合它发射的卫星仍有一定数量，其服务期限预计不少于20年。

“天链一号”——我国首颗数据中继卫星

长三丙火箭于4月25日23时35分头顶着装在整流罩内的“天链一号”01星，从西昌卫星发射中心拔地而起，直飞苍穹。25分钟后，西安卫星测控中心获得的数据表明，卫星准确进入预定的地球同步转移轨道。在此期间，长三丙火箭的助推器和一、二级火箭工作完毕后依次离去，只有第三级火箭经过两次点火，待第二次工作完毕将卫星送入预定轨道后才实现星箭分离。预定的地球同步转移轨道，是指近地点为数百千米、远地点约为3.6万千米的大椭圆轨道。

此后，西安卫星测控中心组织喀什、厦门、三亚等地面测控站和远望三号、五号航天测量船对卫星进行了持续跟踪与控制，完成了星上太阳能电池帆板展开，指令控制星上姿控发动机和远地点发动机点火与关机，使卫星进行了4次飞行变轨，按要求从地球同步转移轨道准确进入地球静止轨道，并建立预定飘移速度，在控制卫星实施多批次位置保持后，卫星于5月1日16时25分成功定点在预定的东经77度赤道上空，进入工作位置。

这里说的地球静止轨道，亦称赤道同步轨道。它是一条位于地球赤道上空35786千米高的圆形轨道。当卫星在这条轨道上以每秒3.07千米的速度自西向东运行1周时，恰好是23小时56分4秒，正与地球自西向东自传1周的时间相同，两者位置保持相对静止，从地面上看，卫星犹如固定在赤道上空某一点不动一样。“天链一号”01星就是以这种速度运行在静止轨道上的一颗卫星，特像挂在东经77度赤道上空近3.6万千米高的一座中继塔。

“天链一号”01星是我国首颗数据中继卫星。它由中国空间技术研究院为主研制，采用成熟的东方红三号通用平台并突破多项关键技术而成。该星于2003年获准立项，从总体设计、技术攻关到完成研制用了5年时间。它的成功定点，填补了我国卫星领域的又一空白，故而称为新星。选用长三丙火箭发射“天链一号”01星，人们即可想到卫星重量近于3.8吨。

中继卫星既能转发地面测控站和海洋航天测星船对中、低轨道航天器的跟踪、遥控信息，又能转发航天器发回地面的数据，故而可为飞船、卫星等航天器提供测控和数据中继服务，它相当于把地面上的测控站升高到了地球静止轨道的高度，一颗卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器，大大扩大了测控指令和数据资料传输的空间。“天链一号”01星成功定点标志着我国航天测控覆盖率将大幅提升，我国航天器太空数据中转站正式建成。

已经定点的“天链一号”01星，主要用于为我国神舟载人飞船及后续载人航天器提供测控和数据中继服务，将使测控覆盖率由原来的12％提高到60％左右，同时能在相应范围内实时转发航天器发回地面的数据。它还为我国发射其他航天器提供测控支持，为其中的中、低轨道卫星转发遥感遥测数据，能使资源卫星、气象卫星、海洋卫星的数据在较大空间内实时下传，极大提高各类卫星使用效益。显而易见，这将为我国应对重大自然灾害赢得更多预警时间。随着我国航天事业的发展，中继卫星将会得到更广泛的应用。

责任编辑庞云