6 月 16 日 18 时 37 分,长征二 F 遥九火箭托举着载有 3 名航天员的神舟九号飞船拔地而起。随着火箭的上升,一道壮美的弧线划过蓝色天际。不到 10 分钟,船箭分离。长征二 F 遥九火箭将神舟九号飞船准确送入近地点约 200 公里、远地点约 220 公里的初始轨道。这是长征二F火箭第10次发射,也是长征系列运载火箭第165次飞行。
从火箭点火到飞船入轨,前后也就 10 分钟。但是,这是航天员进入太空的第一步,也是最关键的一步。火箭研制团队为了完成好这 584 秒的任务,为此忙上无数个日日夜夜,用“台上一分钟,台下十年功”来形容丝毫不为过。
“神箭”的成长和放飞
在业内,长二 F 火箭被誉为“神箭”。
因为载人,相比于其他伙伴,它在社会公众中的知名度和美誉度最高。因为关系到航天员的生命,它是中国航天史上第一次有明确的0.97 可靠性和 0.997 安全性指标要求的运载火箭。
1999 年,首枚长二 F 火箭将首艘神舟飞船送入太空。至神舟九号飞船发射前,已先后有 9 枚长二 F 火箭在太空书写辉煌,留下了不平凡的记录。它们就像火箭研制团队的一个又一个孩子,出生、哺育、成长、放飞。
在火箭的各个系统中,结构系统、控制系统和动力系统尤为重要 。它们犹如人体的“躯干”、“大脑”和“心脏”各司其职,给火箭注入了强大的生命活力。长二F火箭因为载人的特殊性,比一般火箭多了故障检测处理系统和逃逸系统。
“这 9 枚火箭当中,发射神舟三号飞船和神舟八号飞船的火箭,有过比较大的改进。”一路伴随着长二 F 火箭成长、现已是中国航天科技集团火箭总设计师的荆木春介绍说。
历经了两次飞行试验后,发射神舟三号飞船的长二F火箭正式启动了逃逸系统,目的是给即将到来的载人航天飞行做准备。逃逸系统是在飞船发射段的重要安全装置,被成为航天员的“护身符”一旦火箭发生意外,它可以迅速启动,帮助航天员逃离危险区。
在我国进行的神舟五号、神舟六号神舟七号 3 次载人飞行中,由于任务进展顺利,逃逸系统均没有启用。但是该系统的存在对载人航天飞行的重要意义,仍然不言而喻。随着我国载人航天工程迈向纵深,建立空间站的构想越来越近在咫尺。
2011年的首次空间交会对接任务,对火箭的运载能力及飞船的入轨精度指标要求明显提高因此,设计师系统对执行我国首次交会对接任务的分别用于发射天宫一号和神舟八号飞船的两枚火箭进行了最大动作的改进。除了火箭壳体外,核心部分几乎是全新的。用火箭总指挥刘宇的话说:“改进型长二 F 火箭几乎是全新的火箭”。
两枚火箭,一枚用来发射目标飞行器,一枚用来发射神舟八号飞船。两枚火箭除了一些细微差别,状态基本一致在基本一致的状态中,火箭内部全新的控制系统最引人注目。它使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面都较神舟七号时发生了很大变化,相当于给火箭置换了一个全新“大脑”。
两枚火箭不一样的地方,主要是由于任务不同,发射天宫一号的火箭采用了冯·卡门新型整流罩,而发射神舟八号的火箭恢复了发射神舟七号时的逃逸塔和故障检测系统。
到了神舟九号,已经初长成的“神箭将迎来它生命中的第10次飞行、第4次载人飞行。当然,如果按照设计师系统的眼光,以“一枚全新火箭”的标准来看的话这将是改进型长二F的第3次飞行,且还是首次载人飞行。
“新火箭”的载人大考因为载人,一切都变得不同寻常。就连刘宇也说,当他走进发射神舟九号的改进型长二 F 火箭厂房时,整个人也变得兴奋起来。正常情况下,一枚长二 F 火箭的生产周期需要3年。
在去年首次交会对接任务完成时,发射神舟九号飞船的改进型长二 F 火箭就完成了产品生产、验收和综合试验。
天宫一号、神舟八号、神舟九号 3个任务如此靠近,意味着载人火箭迎来了一定程度的高强密度发射时代。那么,工程部门该如何应对?首要之招便是组批生产。
“组批生产既能满足高密度发射的需要,又可以避免火箭多种状态,便于对产品质量进行统一控制。”作为组织管理的第一责任人,刘宇对这一方式已不陌生。
几年前,为了完成首次空间交会对接任务,火箭研制队伍一次性地投产了5枚火箭。其中,2枚用于发射目标飞行器
含一枚备用),3枚用于发射神舟飞船。神九发射前,5枚火箭已经发射了2枚。发射神舟九号的火箭,也来自其中。如此,前2枚火箭的表现好坏,直接能够反映神舟九号所用火箭的状态。
神舟八号发射完,火箭设计师系统对飞行数据进行了评估。数据表现非常完美,表明了相关技术和状态得到了初步验证。因为属于同一批次,各方都认为,神舟九号的火箭可以承担载人飞行任务。尽管如此,以刘宇、荆木春为代表的火箭研制团队,仍然希望能够让火箭在无人状态下再飞行一次,因为载人飞行要求万无一失。那么,飞行试验做得越充分,成功的把握就越大。
“去年发射天宫、神八时,我们一直是按照首飞的要求进行的。”刘宇口中的“首飞”指的是航天型号首次飞行。通常情况下,首飞型号要比常态型号经历一道又一道复杂的、严格的质量程度。
“改进型长二F火箭只进行过两次飞行,次数比较少。在飞行充分性不足的情况下,我们只能通过测试的覆盖性及严把质量关等工作来弥补。”荆木春表示。
与前两枚火箭主要对新技术和较大技术更改进行风险分析、控制相比,即将执行神舟九号任务的改进型长二F火箭技术状态基本固定,质量控制的重点是产品本身。
火箭总指挥、总设计师等人认为,要进一步加严质量、提高可靠性,就要在出厂测试阶段下工夫。这也是将质量控制点前移、把问题解决在出厂之前的关键环节。
火箭出厂之前,火箭团队进行了充分的加电测试,尽可能多地暴露问题。同时,火箭还进行了充分的地面试验。不仅如此,火箭系统还提出了加严控制要求,超出误差的范围被进一步缩小,产品的精度和性能更好。
“从管理要求、标准上讲,这枚火箭在量化、细化、深化上做的工作更多。”荆木春说,量化、细化和深化是火箭研制人员控制产品质量和可靠性的重要举措。
如同“首飞”标准带来的剧增工作量,“三化”标准同样给研制人员增加了大量的工作。以前两枚火箭为例,在试验场期间的复查报告有 5 大本。这几乎和前七发火箭的复查报告的厚度相当。
经过一系列质量加严控制措施,火箭于 4 月通过了出厂评审。专家表示,根据火箭的评定结果,这一枚火箭的质量和水平不低于发射天宫一号、神舟八号的火箭,有些方面还要更好。
5 月 5 日,执行我国首次载人交会对接任务的神舟九号飞船发射的改进型长征二号 F 发射试验队从北京出征。“改进型长二F火箭即将开始它最闪耀的生命之旅。一分耕耘,一分收获,我们将在过程完美的基础上,实现结果圆满。”这是在出征仪式上刘宇激动的话语,同样是千千万万航天人的愿望。“十全十美!”发射当天,荆木春这样评价说。