第十次发射：十全十美

2012-07-13□陈立

太空探索 2012年7期

□ 陈立

6月16日长征二号F运载火箭在零窗口把作为追踪飞行器的神舟九号飞船精确送入近地点200千米、远地点330千米、轨道倾角为42°的运行轨道，与天宫一号的距离为10000千米左右。

“从神舟一号到天宫一号、神舟八号，长征二F火箭已经成功发射9发，一次比一次精度高。”中国载人航天工程运载火箭系统总设计师荆木春说，“这是她第10次在载人航天中执行发射任务，完成了‘十全十美’的目标。”

神舟九号发射使用的长二F遥九火箭，与去年神舟八号发射中使用的火箭属同一批次，技术状态相同。为了满足神舟九号精确入轨的要求，发射神舟九号的长征二号F运载火箭又进行了30多项技术状态更改，进一步提高可靠性和安全性。例如扩展了软件功能，更新了导航系统，以实现精确入轨。因为精确入轨能省去调姿、变轨消耗的推进剂，为航天器后续在轨运行提供更好条件；用多媒体设备记录了火箭生产的全过程，照相6954张，摄像161段；在肉眼无法识别的部位增加内窥镜检查，为火箭做好“全身体检”；还提升了舒适性，让航天员上天时身体更舒服。

“在其它火箭的飞行中，我们发现发动机一些防热部位在飞行过程中温度比较高，于是对材料进行了更改，并改进了部分部件的结构形式。”荆木春说。地面试验显示，改完后的产品可靠性明显提高。

6月16日18时37分，长征二号F遥九火箭成功发射神舟九号飞船。宿东摄

火箭还使用了迭代制导方式。迭代制导是一种自适应制导技术，在火箭沿着轨道飞向预定目标的时候，通过实时迭代计算的方式不断修正轨道、逼近目标，从而确保实现更高的轨道精度。这种制导方式被形象地比喻为走一步“算”一步。

“天宫一号与神舟八号交会对接任务之前，我们使用的是摄动制导，即规定好具体路径，引导火箭到达指定目的地。”运载火箭系统副总设计师张智说，“相比而言，迭代制导只限定目的地，不限定具体路径，是一种处于世界先进水平的制导方式。”

在神舟八号以前的飞船，采用的是摄动制导，就是按照一个标准的轨道飞，这种方式下火箭永远瞄着一个固定的入轨点，所以它的适应性和入轨精度相对较差。而采用迭代制导后，火箭在飞行过程中会根据自身当前的位置计算需要的入轨点，然后根据当前位置和入轨点之间的空间相对关系，规划出一条新的轨迹。

为了确保神九飞船入轨时的轨道和天宫一号在同一个轨道平面上，火箭的发射时间要经过准确计算，如果错过了最佳发射时间，入轨之后的轨道面调整要消耗飞船大量燃料，不利于后续任务的展开。实施交会对接，不仅要求火箭准时发射，而且要求精确入轨。去年发射的神舟八号，入轨时精度是神五和神六入轨精度的100多倍，之所以有如此高的入轨精度，这都得力于火箭采用了迭代制导技术。

按照程序，火箭飞行到210秒，抛掉整流罩以后，迭代制导的控制方式才正式启动，此时，火箭上的计算机每秒钟都要重新计算50次，也就是说每0.02秒火箭就要重新定位自身的位置和入轨点之间的关系。

6月7日神舟九号飞船扣罩。宿东摄

6月9日11点30分，船箭组合体转运至发射架。宿东摄

逃逸塔为航天员上“双保险

位于飞船顶部的逃逸塔，塔高8米，从远处看好似火箭上的避雷针，被誉为是保障航天员安全的“生命之塔”。当前，逃逸塔的最核心部分——动力装置由航天科技集团公司四院研制，动力装置由1台逃逸主发动机、1台分离发动机、4台偏航俯仰发动机、4台高空逃逸发动机组成。

据四院41所逃逸固体发动机主任设计师陈红斌介绍，火箭发射后120秒内(即高度在0～39千米范围内)，一旦发生意外情况，逃逸系统的主发动机将点火工作，其高达70余吨的推力，能在3秒钟内把飞船“拽”到1500米开外，帮助航天员瞬间逃生。

“如果火箭飞行顺利，那么逃逸塔将与火箭分离，这个时候分离发动机和两台偏航俯仰发动机开始工作，执行抛塔任务。”陈红斌解释。

那如果在抛塔后、星箭分离前再有危险怎么办？“那就得高空逃逸发动机‘挺身而出’了。”陈红斌指出，火箭在发射后120秒～200秒(即高度在39千米～110千米范围内)，倘若再遇不测，4台高空逃逸发动机将同时点火工作，带航天员脱离险境。由此可见，10台发动机可谓在火箭发射飞行阶段为航天员上了“双保险”。

安装逃逸塔，该发动机的安全可靠性指标要求达到99.99% 。宿东摄

“零窗口”发射前6小时定

交会对接任务要求神舟九号在零窗口发射。所谓零窗口发射是指在预先计算好的发射时间，分秒不差地将火箭点火升空，不允许有任何延误与变更。

神舟九号发射的零窗口是根据发射前几小时天宫一号的轨道参数来确定的，目的是将神舟九号发射到与天宫一号同一个轨道平面上，也就是要求火箭确保入轨时的升交点经度和轨道倾角精度。由于地球自转和升交点西移，为使神舟九号与天宫一号的轨道共面，神舟九号必须在天宫一号轨道面经过发射点后的某一时刻准时点火起飞，误差小于1秒，即零窗口发射，否则就需要消耗很多的推进剂来修正两者之间的轨道面偏差。

天宫一号的轨道参数主要有轨道周期、轨道高度、倾角、近地点俯角、升交点赤经、扁心率6项。北京航天飞行测控中心通过测算天宫一号最新在轨轨道参数，确定了神舟九号飞船的零窗口发射时刻。随后，对运载火箭系统参数进行了精确的设置。

神舟六号、七号的发射都是采用手动点火，而神舟八号、九号的发射采用自动点火，其主要原因有两个：一是以前点火设备的可靠性不是很高，而现在点火设备的可靠性提高了；二是如果采用手动点火，手有1秒～3秒的反应时间，要实现零窗口准时发射就必须要自动发射。其实，从发射天宫一号开始就采用自动点火了，手动点火作为补发备保。虽然天宫一号的发射有窗口的宽度，即时间的宽度，但还是瞄准了前沿来实施，也做到了准时发射。如果由于某种原因，不能按时在零窗口发射，则需等2天，因为天宫一号的轨道回归周期是2天。