走进神秘的探空火箭家族——天鹰系列探空火箭发展记

□ 荣元昭

走进神秘的探空火箭家族
——天鹰系列探空火箭发展记

□ 荣元昭

近期，由中国航天科技集团四院（以下简称“四院”）自主研制的新一代两级北斗/GPS定位体制气象探测火箭圆满完成飞行试验，搭载的探空仪成功获得全程跟踪探测数据。该型火箭相对于传统的雷达式探测体制，定位精度更高、探测成本更低、操作更方便，填补了国内同类产品的空白。

一直以来，四院致力于加大军民融合创新发展步伐，在完成国家指令性军品科研生产任务的同时，依托固体火箭发动机专业的技术、能力和人才优势，以市场需求和经济发展为牵引，成功研制开发了天鹰系列探空火箭产品，在火箭探空领域崭露头角。目前已经成为国内探空火箭研制技术水平领先、探测高度最高、种类型谱最全、应用领域和发射数量最多的单位。

搭载鲲鹏一号探空仪的天鹰-3C探空火箭

探空火箭型谱化发展

千百年来，空间探索一直是人类和平利用太空的梦想。长征系列运载火箭家族成员众多，能把重达几吨的载荷送往外太空。而探空火箭虽小但五脏俱全，可以飞到两三百千米的高空，具有成本低、研制周期短、发射时间受限小等优点，是进行空间探测和科学试验的有效探测工具。

作为我国历史最久、种类最全、规模最大、实力最强的固体火箭发动机研制、生产和试验基地，四院依托丰富的固体发动机型号资源优势，1996年开始开发天鹰探空火箭系列产品。经过近年来的发展，四院已经建立了一套专业的探空火箭研发队伍，建立了火箭总体设计、控制、电气、测试、发射等技术专业，形成一套独特的探空火箭技术研发途径，突破和掌握了火箭地面发射发控技术、多截面分离技术、有效载荷抛撒释放技术、高空开伞技术、试验舱起旋稳定技术、有效载荷安全回收技术和箭地遥测通讯技术等关键技术，具备了完善的探空火箭总装、测试和环境试验条件及完备的供应链体系，按照“模块化、通用化、标准化”的设计理念，成功研制开发了7个系列20余个型号，有效载荷0.5千克～260千克，直径50毫米～750毫米，探测高度1千米～500千米的系列化产品型谱，用于气象探测、空间科学探测、空间微重力和空间物理实验以及有效载荷搭载试验等诸多领域。

在气象探测方面，可将卫星导航探空仪、雷达模式探空仪和“落球”探空仪等送入临近空间，完成对大气温度、密度、风速等大气要素进行原位探测。在天文物理探测方面，可以对电离层、地球磁场、宇宙线、高层大气、太阳紫外线和X射线、陨尘等进行探测研究。同时还可以用于空间新技术验证，微重力条件下的物理、生物等科学试验。

目前，该系列探空火箭已成功发射200余发，成功完成了我国“子午工程”科学探测、空间环境垂直探测、大型发射任务气象服务保障等多项任务，已列入中国航天科技集团公司运载火箭系列型谱。

巡看高空数“天鹰”

天鹰家族的老大名叫天鹰-3。据说是因为在它诞生的时候，四院已经有了增雨防雹火箭等民用产品，所以便从“3”开始命名。2000年，四院研制的第一枚探空火箭飞行成功。它高6.1米、重1.16吨，能够将50千克的载荷发到220千米的高度。2001年，家族的第二位成员天鹰-4诞生。它的构造和老大基本相同，但身体娇小许多——高3.38米、重150千克。因此，它只能带动5千克以下的载荷，并把其送到80千米的高度。这使得它能很好地用于探测60千米以下高空环境的气象数据。

之后，天鹰家族又陆续诞生了很多兄弟姐妹，它们大多是在天鹰-3、4的基础上发展而来的。与老大相似的天鹰-3A、天鹰-3B、天鹰-3C、天鹰-3D、天鹰-3E一诞生便投入到应用中，其中两个还参加了我国空间环境地基监测系统工程——子午工程，为中国航天和空间技术的发展作出了突出贡献，彻底打响了天鹰探空火箭的名号。2014年诞生的天鹰-3G身高达9.1米。它比之前的兄弟们增加了一级发动机，成为两级火箭。自然，它的能力也更强，能够飞到300千米的高空，比其他家族成员飞行最高高度还要多出近100千米。天鹰-3G还有一个不同之处——有控制系统，相比于其他家族成员，它能够更好地控制飞行路线，再也不会被风吹着跑。

在20年的发展历程中，四院探空火箭还经历了从一级发动机到两级发动机，从无控到有控的变化。目前，家族里年龄最小的成员是天鹰-3F，是拥有两级发动机的无控火箭，最高发射高度为320千米。它诞生于2016年，刚刚在国家“863计划”空间环境垂直探测试验中大出风头。天鹰-6是还在襁褓中的小Baby，虽然辈分小，但它的能力却是目前家族里最强的，可将150千克有效载荷运送到500千米高空，身高也达到了11.5米。

2012年珠海航展上展出的天鹰系列探空火箭

四院探空火箭目前正处在工程化发展中。其中，天鹰-4系列探空火箭已发展成为集发射车、指挥通信车、气象雷达车在内的气象探测系统集成产品。

低空灵动的天鹰Smart

作为天鹰家族的“近亲”，天鹰Smart系列火箭就是个小不点，主要用于探测60千米以下的低空环境，有效载荷从0.5千克～1.9千克不等，被应用于我国气象探测、防灾减灾、人工影响天气等领域。

天鹰Smart1是家族的老大，属于低空探空火箭，是个身高仅0.8米的“小个子”，质量仅1.3千克，只能飞到1千米内的空间。它根据大气波导探测需求研制，用于探测温度、湿度、气压、风速、风向，目前已完成设计鉴定并已提供多个用户使用。其后诞生的天鹰Smart2中低空探空火箭，身高长到了1.57米，探测高度也升至了8千米，已经承担并成功完成了多次重大活动气象保障服务和气象科研项目技术服务任务。家族中还有两个神秘的成员——天鹰Smart3和天鹰Smart4，它们目前还处在研制阶段，都是根据国家气象部门大气探测需求研制，用于大气温度、湿度、气压、风速、风向探测，天鹰Smart3可以飞到12千米的高空，而天鹰Smart4可以飞至20千米。

工作人员准备将探空火箭安装在发射架上

家族最小的成员天鹰Smart5与其他天鹰Smart的最大不同是，它已经成为一套完善的探空火箭探测系统，既可以实现定点发射，也可以进行车载发射，可以用来探测20千米～60千米的高空，且具有系统简单、操作方便、精度高、安全性高的特点。目前已经完成了三次关键技术验证飞行试验并取得成功，获取了大量珍贵试验及探测数据。

为满足未来空间科学试验和科学研究对探空火箭的更高需求，四院正在开展500千米以上探测高度，有效载荷200千克以上新型探空火箭研制工作。随着时间推移，这两个探空火箭家族将越来越庞大，能力也越来越强。它们一定会变得更出色、更优秀，为航天事业和空间科学技术发展作出重大贡献。★