文/ 任悅鳴

▲ 廠房里的長征八號運載火箭 宿東攝

新一代運載火箭長征八號首飛成功，與火箭一同騰空而起的除了5 顆衛(wèi)星之外，還有各項有待驗證的設計思路和創(chuàng)新技術。

長征八號不負眾望，首飛取得圓滿成功，不僅驗證了火箭總體方案設計的準確性，還證實了基于“模塊化、系列化、組合化”研制理念的正確性，以及在國內首次實踐的全箭模態(tài)綜合技術的可行性。

這些研制理念和技術的創(chuàng)新實踐，為我國后續(xù)新一代運載火箭快速集成、快速形成能力、降低研制成本，進一步提升我國運載能力提供了科學依據(jù)。

▲ 長征五號B 運載火箭

如何用最短時間研制一款新火箭

“長征八號運載火箭工程從立項研制到首飛成功，僅用時3 年多時間，創(chuàng)造了中國運載火箭研制時間最短的紀錄，這在我國火箭研制歷史上是不多見的?！遍L八火箭總設計師宋征宇介紹。

可以說，長八火箭之所以能在較短時間內研制并首飛成功，正是得益于“模塊化、系列化、組合化”的研制理念和全箭模態(tài)綜合技術的運用。

宋征宇用10 個字概括了長八火箭的特點，那便是“跨代融合、有內涵、輕資產”，在他看來，突破基于模塊組合的快速集成設計，代表了航天技術發(fā)展的趨勢，是跨代融合的體現(xiàn)。

長八火箭首飛試驗隊顛覆傳統(tǒng)理念，打破以往每設計一款火箭就從頭出發(fā)的傳統(tǒng)思維，火箭設計師們以模塊化組合、產品化選用為原則，充分繼承在役火箭的共用技術和產品，借鑒已有的試驗驗證成果，深入貫徹共用產品使用思想，快速完成研制，踐行運載火箭產業(yè)化發(fā)展思路，以最小代價、最短時間完成型號的集成研制。

長八火箭副總設計師吳義田告訴記者，“模塊化”是研制新一代運載火箭時，針對不同軌道和不同運載能力需求，把成熟的技術和產品繼承過來的研制思路，是研制優(yōu)化、高效精確的選擇。

站上“巨人兄弟”的肩膀

中國運載火箭技術研究院研制火箭的歷史已長達數(shù)十年之久，對新一代運載火箭也有20 余年的研制經驗，在航天事業(yè)飛速發(fā)展的環(huán)境中，不能每次遇到新型號都把所有的工序重新來過。

此前，在我國新一代運載火箭的論證過程中，以液氧煤油和液氫液氧發(fā)動機為基礎，提出了新一代大、中、小型運載火箭的發(fā)展構想，并通過20 多年的預研和工程研制，成功研制了長征五號、長征七號等新一代運載火箭，形成了2.25 米和3.35 米直徑通用模塊，為我國新一代運載火箭“模塊化、系列化、組合化”發(fā)展奠定了基礎。

研制團隊在論證過程中，從我國現(xiàn)有的火箭模塊里，進行了幾百種搭配，不斷創(chuàng)新研制思路和方案，最終提出了現(xiàn)在的構型，即長八火箭一子級狀態(tài)與長征七號火箭芯一級基本一致，二子級狀態(tài)與長三甲系列火箭三級基本一致。

長八火箭的產品化率達到了95%，將成熟模塊進行匹配，用好各個產品，做到系統(tǒng)匹配、方案正確，是其成功的秘訣。

吳義田介紹，長七火箭經過8 年研制，經歷十分充足的地面驗證試驗和飛行試驗；長三甲系列火箭更是眾所周知的金牌火箭，經歷過上百次飛行，技術非常成熟。將兩個成熟的模塊組合在一起，形成一款全新的產品，可以大幅節(jié)省研發(fā)的時間成本和經濟成本。

長八火箭采用了液氧、煤油、液氫3 種推進劑，在推進劑的保障與控制上，長五火箭、長七火箭在文昌的發(fā)射經驗可以適用于長八火箭。與此同時，長八火箭的電氣系統(tǒng)高度繼承了長七火箭，在地面設備上可以高度兼容，相應的產品及測發(fā)經驗可以很好地為長八火箭保駕護航。

從立項到首飛，長五火箭用了10年，長七火箭用了8 年，長八火箭在這兩位“兄長”堅實的肩膀上，僅用了3 年多時間?？焖傺兄频膶崿F(xiàn)，是中國航天技術60 多年自力更生發(fā)展的結果，也是新一代運載火箭“模塊化、系列化、組合化”設計理念的具體實踐，它的成功，增添了中國航天快速設計全新組合型火箭的信心。

直面“搭積木”式造火箭帶來的挑戰(zhàn)

有些人乍一聽“模塊組合”，往往會聯(lián)想到兒時玩過的搭積木，誤以為是用現(xiàn)成的產品進行簡單拼接。但事實上，每一款火箭都是系統(tǒng)工程，內部的電氣系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等都必須一一適配，并非搭積木那么簡單，在實際研制過程中也有很多新挑戰(zhàn)。

長八火箭總指揮肖耘告訴記者，以目前中國運載火箭發(fā)展的速度和高度，很難有極具顛覆性的創(chuàng)新?！八晕覀儸F(xiàn)在要重點圍繞集成創(chuàng)新下功夫，利用成熟模塊和產品，縮短研制周期、降低研制成本，不是將兩個產品簡單串聯(lián)在一起就可以，這個過程中，需要突破很多集成創(chuàng)新的關鍵技術?！毙ぴ耪f。

“新型號不可避免地會遇到新問題和新困難?！眳橇x田坦言，長八火箭采用的成熟模塊，原本的設計目標都具有比較強的針對性，因此，在組合過程中會出現(xiàn)各種問題。

長八火箭的二級高度與長七火箭有所不同，需要對發(fā)射場進行適當改造，除此之外，長八火箭是首次在文昌進行南射向的發(fā)射，整個發(fā)射過程的安全性控制需要重新制定方案。

吳義田進一步解釋說，長七火箭是新一代火箭，長三甲是傳統(tǒng)火箭，兩種火箭要搭配相同的電氣系統(tǒng)進行匹配。而且，長七火箭是以載人為可靠性標準，冗余程度比較高，作為未來商業(yè)火箭，長八火箭要在確?？煽康幕A上，盡可能地對冗余進行減裁，實現(xiàn)接口的兼容，優(yōu)化成本。

長八火箭首飛試驗隊做了很多努力，認真吃透各個環(huán)節(jié)的技術，摸透產品每一個細節(jié)，盡可能地了解各個組件的“脾氣秉性”。宋征宇指出，作為一款組合型火箭，拿到具備一定條件的成熟模塊后，研制團隊要想方設法適應它，并讓成熟模塊滿足新的飛行條件。

長八火箭從外形、硬件產品上看，都分別與另外兩款模塊基本一致，但它在彈道設計，飛行剖面設計以及飛行過程中的自主控制等方面，都進行了一系列調整，找到了讓火箭飛行最為舒適的姿態(tài)，從而實現(xiàn)了這個組合體的創(chuàng)新集成設計，為模塊化研制探索了一條新路子。這些研制模式對于歷史悠久的中國運載火箭技術研究院乃至航天產業(yè)而言，都是高效且經濟的優(yōu)秀方案，為航天事業(yè)快速發(fā)展提供新思路。

▲ 長征七號運載火箭

▲ 發(fā)射現(xiàn)場

不做全箭模態(tài)試驗也能成功首飛

全箭模態(tài)試驗是在首飛之前，按照首飛產品狀態(tài)打造出一款一模一樣的模態(tài)產品，且用于試驗的振動塔也要1：1 建造，獲取準確的技術參數(shù)，驗證首飛產品的可靠性。

由于模態(tài)箭生產工程量巨大、周期長、制作費用高昂，長八火箭首飛試驗隊在研制過程中，取消了全箭模態(tài)試驗，使長八火箭成為我國首個在研制中未開展全箭模態(tài)試驗的中大型火箭。

那么，不做模態(tài)試驗，火箭的可靠性又該如何保證呢？

原來，長八首飛試驗隊在已有模塊的試驗數(shù)據(jù)及動力學模型基礎上，通過全箭動力學模型組裝和數(shù)字仿真計算等方式，采用虛實結合的模態(tài)綜合分析技術，獲取全箭動特性數(shù)據(jù)。

模態(tài)綜合分析技術是以“模塊化”研制為基礎，各個模塊在相應的型號研制試驗中，已積累了很多經驗，可靠性很高，可直接獲取試驗數(shù)據(jù)。這樣一來，不僅減少了試驗測試的工作量，研制周期縮短近一年，還省了一發(fā)真火箭的成本，讓長征八號火箭真正做到降本增效，不僅有技術、有內涵，而且輕資產、少負擔。

“取消首飛前的模態(tài)試驗是很多火箭產品共同的期望，希望能通過數(shù)字仿真技術，避免振動塔的建設?！毙ぴ胖赋?。

作為第一次嘗試模態(tài)綜合技術的長八火箭首飛試驗隊，他們找了多家單位進行仿真分析試驗，對結果差異點進行仔細分析，一個個對比?！澳B(tài)綜合分析技術驗證成功，可以消除設計人員的心理障礙。中國航天人已經有能力通過仿真技術，實現(xiàn)全箭模態(tài)綜合分析，不再依賴以往的實物試驗了?！毙ぴ耪f。

長八火箭相關研制模式和技術的探索，為后續(xù)其他大型、重型運載火箭快速、經濟發(fā)展奠定了基礎，對中國航天未來火箭研制全流程提質增效起到促進作用，為我國航天事業(yè)高質量、高效益、高效率發(fā)展添磚加瓦，進一步加快航天強國建設速度。

▲ 長征三號乙運載火箭

新模式讓長八火箭更從容

除了技術創(chuàng)新，長八火箭在研制流程、研制管理方面也做了大量的創(chuàng)新和突破。作為中國航天率先完全按項目制管理的宇航型號，長八火箭在設計理念、管理方式上，采取了許多創(chuàng)新性的措施和模式。

“在研制隊伍組織、研制經費管理、項目全壽命周期管理等方面，研制隊伍都進行了大膽的嘗試和突破，為中國航天推進項目制管理探索出了一條道路?！毙ぴ耪f。

為了避免型號隊伍在發(fā)射場發(fā)生低層次、重復性質量問題，型號隊伍以“兩維度、四梳理、六模塊、八步驟”為指導思想，開展了發(fā)射場工作流程精細化設計及應用實踐，并配套建設了發(fā)射場工作流程精細化設計及應用平臺，將工作目標分解細化和逐步落實，將籠統(tǒng)模糊的管理要求、個人技能和知識經驗等分解轉化為一條條具體的、明確的、可檢可測、可落地的措施。

型號隊伍以數(shù)字化手段支撐發(fā)射場精細化工作流程的落地實施，打通了流程和崗位兩個維度，解決不同崗位人員在發(fā)射場工作的不同需求，實現(xiàn)了對發(fā)射場工作的全面精細化管理。

“把無序變?yōu)橛行颍褟碗s變?yōu)楹唵?，把失控變?yōu)榭煽兀龅饺艘资虏灰?。通過制度和工具保障流程精細化設計成果和措施可有效落地，這樣才可以讓型號連續(xù)成功，在成功的模式中迭代前進?！毙ぴ耪f。