全力突破火箭发射的关键技术——“长征三号”火箭主任设计师李聃等谈火箭研制

□ 本刊记者 徐 峰

记 者:发射“嫦娥二号”的运载火箭有什么新特点、新突破？

李 聃：我国探月工程分“绕、落、回”三步走，探月二期要完成的是落月，“嫦娥二号”的任务就是为后期的“嫦娥三号”、“嫦娥四号”在月球上着陆进行先期的关键技术验证。对运载火箭来讲，关键技术中有一项非常重要的就是地月转移轨道发射技术。

以往我国的火箭运行轨道是近地轨道，“长征三号甲”系列火箭已经发射了32次，都是地球同步转移轨道的发射。“嫦娥一号”也是“长征三号甲”火箭发射的，实际上是一个超地球同步转移轨道。这次“长征三号”火箭要把“嫦娥二号”送入地月转移轨道，就是近地点200公里、远地点达到37-38万公里的一个轨道，这是我国第一次进行这种轨道的发射。

这种轨道与以往发射轨道的区别就像打靶，以往发射的轨道是打固定靶，这次打的是一个移动靶，这就要求在确定的时间、确定的位置，把卫星送入确定的近月轨道。如果这里面有任何一个环节，比如时间、位置发生偏差，都可能导致严重的后果，使卫星无法进入轨道。这是最大的不同，是运载火箭系统承担的最关键的一项技术攻关项目。为了完成这一任务，运载火箭系统承担的主要工作就是确保设计质量正确，确保关键的、大型的地面试验充分，确保运载火箭、探测器与测控系统、发射场系统等大系统的结合协调匹配。

我们在前期完成了运载火箭的设计，今年1月已通过了专项审查，表明“长征三号”火箭的设计状态是正确受控的。在大型地面试验方面，今年1月，“长征三号丙”火箭与“嫦娥二号”卫星顺利完成了星箭对接试验，验证了“嫦娥二号”卫星和“长征三号丙”运载火箭的接口是匹配协调的。在今年5月，完成了“长征三号丙”火箭的出场测试，表明这枚火箭的技术状态是受控的，设计是正确的，具备了出厂条件。随后还进行出厂前的审查、质量归零，进场以后还进行所谓“双想”，看看后续工作中还会遇到什么困难，还有什么做得不到的地方。

“长征三号丙”火箭发射“嫦娥二号”卫星还有一点就是要确保准时发射。由于轨道的特殊性，对发射窗口的要求非常严格，一年中只有几天能够发射，所以确保准时发射非常关键。为了最大程度提高发射的可靠性，运载火箭系统采取了9项提高准确性的措施，既有火箭上的，也有地面设备的改进。

在“嫦娥二号”卫星发射前夕，中国运载火箭技术研究院的“长征三号”主任设计师李聃、211厂独立测试系统副总师孙靖等接受本刊记者专访，介绍了发射“嫦娥二号”的运载火箭“长征三号丙”的研制特点和新突破。他们表示，地月转移轨道发射技术是这次“嫦娥二号”运载火箭的关键技术，我们要全力突破这一关键技术，保证实现成功发射、准确入轨的目标。

记 者:发射“嫦娥二号”和“嫦娥一号”的运载火箭具体有些什么差别？

李 聃：发射“嫦娥一号”的运载火箭是“长征三号甲”火箭，发射“嫦娥二号”的运载火箭是“长征三号丙”火箭，两种火箭的区别主要是体现在外型和运载能力上。

它们都属于“长征三号甲”系列火箭，“长征三号甲”系列火箭共有3种构型，包括“长征三号甲”、“长征三号乙”和“长征三号丙”火箭，采用了系列化和组合化的设计。“长征三号甲”系列火箭电气系统的单机、发电机基本上可以通用，差别在于“长征三号乙”火箭是在“长征三号甲”火箭的基础上捆绑了4个助推器，“长征三号丙”火箭是在“长征三号甲”的基础上捆绑了2个助推器，这是外形上的区别。

“长征三号甲”火箭的标准地球同步转移轨道运载能力是2600公斤。“长征三号乙”是我国目前最大的高轨道运载火箭，运载能力达到5500公斤。“长征三号丙”的运载能力达到3800公斤。为什么选择“长征三号丙”火箭呢？主要因为“嫦娥二号”起飞重量是2480公斤，使用“长征三号丙”火箭足够了。在后续的“嫦娥三号”、“嫦娥四号”等大型探测器发射时，会使用捆绑了4个助推器的火箭。

对于运载来讲，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”最大的不同，就是“嫦娥一号”是把卫星送入地球同步转移轨道，“嫦娥二号”是把卫星送入地月转移轨道。“嫦娥一号”的远地点高度只有5100公里左右，“嫦娥二号”的远地点高度接近38万公里，达到了37万公里左右。星箭分离点的高度差别不是太大，都是在近地点分离，大概在300公里左右，与以往的差不多。主要区别在于星箭入轨的速度，它决定了轨道的形状，速度越大高度越高，因为所有需要的能量最后体现就是速度增量。所以星箭分离点的高度差别不太大，但分离点的速度差别很大，这个速度达到10.9公里/秒。

记 者:为了提高运载火箭发射的可靠性，在研制过程中采取了哪些重要措施？

李 聃：措施很多，举个例子。因为“长征三号甲”系列火箭是我国现役的唯一的一枚液冷火箭，液氢的温度非常低，是20K，也就是-253度，液氧是90K，也就是-183度。液冷推进器要在发射前7个小时开始加注，因为它蒸发得非常厉害，不断汽化，要到发射前4分钟才能完成推进器的加注。地面上有很多的连接器，包括气路的、液路的，这些连接器和火箭上有一些接口，这些接口要在发射前依次退落下来。以往我们曾经出现过，如果环境湿度非常大，容易结露的话，在低温的情况下就有可能在连接面上结冰，冻住以后再脱落就不太利索。严重的情况下，如果脱落不掉就没有办法发射了。针对这一问题，这次在“嫦娥二号”上就采取了一些改进措施。我们一共有9项增强可靠性的重大措施，都是很有针对性的，主要是针对火箭多次发射存在的一些薄弱环节，也针对地面设备存在的一些不稳定因素。

记 者:我们的航天发射几乎是每发必成，似乎很容易，是这样吗？

李 聃:看到长征系列火箭连战连捷，已经连续70多次成功，似乎很容易，其实所有工作人员都付出了十分艰巨的努力。对我们来讲，每一次发射都是一次巨大的挑战，都是如履薄冰、如临深渊。因为运载火箭是一个复杂的大系统，有很多零部件、很多系统构成，每一个环节甚至是小到一个元器件的失效，都有可能导致火箭的飞行失误。确保成功最主要的首先是靠质量保障体系。从根本上讲，就是要求每个工作人员把他所承担的工作做好，做到位，这才是确保成功的根本。比如说设计，我们得确保设计正确，生产线上要确保加工的产品尺寸合格，测试就得确保测试项目齐全，测试指标合格。大家必须是所有的工作都要完成得非常好，那么所有的工作集合起来才能有一个非常好的结果，任何一个环节出现缺失都可能留下隐患。

记 者:要使“长征三号丙”火箭发射的远地点接近38万公里，技术上有什么突破？

李 聃：技术突破还是地月转移轨道发射技术，最大的差别体现在设计上，最后体现在火箭飞行控制的软件上，我们要计算好很多参数。这种地月转移轨道发射技术我们从来没有做过，在世界上其实是一种主流的发射方式。“嫦娥一号”发射我们采取了世界上独一份的发射方式，没有人这么做过，从“嫦娥二号”到后续的“嫦娥三号”、“嫦娥四号”，我们都将采用这种世界上主流的发射技术。像美国和前苏联这些航天大国都采用这种比较主流的方式，不过能采用这种方式的国家还不多。

记 者:我国第一次采用这种技术，科研人员怎样确保这么大的跨越？

李 聃：从火箭的弹道设计来说，有很多约束条件，第一个是有效载荷对发射轨道的要求。第二个就是“长征三号甲”火箭采用的是内陆发射场，这意味着火箭残骸要落在我们的国土上，这是不能随便落的，要落在我们划定的范围内。还有一条约束是测控。我国测控是靠地面测量站和海上测量船来完成的，火箭不能说想飞到哪里就飞到哪里，要和测控配合起来才能保证火箭飞行过程中的实时数据能够收到。还有天气的限制等等。对这些约束条件，弹道设计都要考虑到。

另外，对地月轨道来讲，地球和月球的相对位置是在不断变化的，弹道设计要设计出合适的弹道倾角、飞行程序角，弹道偏角，最后设计完体现的是大量的飞行数据。这个设计的约束条件就是每天地月的位置是不一样的，我们入轨点位置也不一样。这几天的发射火箭的飞行距离会相差2000公里以上，这是最大的一个差别。以往的话，今天发射是这个位置，明天发射还是这个位置，现在约束条件变了，每天都在变，我们要适应这个每天都在变的情况，设计出一种合适的参数。

记 者:“长征三号丙”火箭在生产过程中是怎么样保证质量的？

孙 靖：211厂是总装的集成企业，有着悠久的历史，今年正好建厂100周年。目前，211厂具备了以火箭的总装总测技术、数控加工技术、特种加工技术和发动机制造技术、特别是低温储箱的制造技术为代表的综合制造能力。

“长征三号甲”系列火箭是我国目前唯一的一种低温运载火箭，211厂也是我国目前唯一的一家能够制造低温储藏的企业。211厂在“嫦娥二号”任务中负责“长征三号丙”火箭的箭体结构、发动机以及火箭的总装总测工作。

为了确保“长征三号丙”火箭的生产、总装和测试质量，211厂做了一系列的工作：一是针对“嫦娥二号”的发射任务成立了专门的组织机构，主要为了保证火箭的生产制造，保证时间节点。二是开展了正向质量检查，从开始生产制造就进行质量确认，在全过程中都以零缺陷理念为指导搞好质量保障。三是加强质量信息化，把生产过程中产生的所有数据进行数字化纪录，形成数据包，有效保障信息的可靠性和正确性。四是开展产品生产的多媒体纪录，就是用相机和摄像机把设计关注的、在操作时难以看到的部位拍摄下来，以便总装完成后检查。五是开展工艺精细化工作，确保生产过程中的所有工作都有量化标准，不仅仅是一些描述，避免因描述产生偏差。六是结合发射场工作环境和特点制定预案，并进行预案演练，使每个工作人员熟悉自己的岗位，保证按预定时间完成工作。七是提高独立测试的能力，适应高密度发射的需要，也更好地保证工作质量。

“长征三号丙”火箭整流罩吊装