文/航箭

長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭發(fā)射瞬間。宿東 攝

6月5日10時(shí)44分，搭載著神舟十四號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。約7小時(shí)后，神舟十四號(hào)載人飛船與中國(guó)空間站成功交會(huì)對(duì)接。這一系列成功的背后是火箭、飛船等航天裝備方方面面的改進(jìn)提高，亮點(diǎn)頗多。

長(zhǎng)二F火箭接受檢測(cè)

確保“神箭”更可靠

在中國(guó)載人航天史上，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭執(zhí)行了迄今所有載人飛船的發(fā)射任務(wù)，成功率達(dá)100%，被譽(yù)為“神箭”。

“神箭”背后是航天工作者的嚴(yán)苛細(xì)致。載人火箭的標(biāo)準(zhǔn)比其他運(yùn)載火箭更高，冗余要求也更高，還具有逃逸系統(tǒng)、故檢系統(tǒng)。在相同直徑的火箭中，長(zhǎng)二F火箭的總裝工作量幾乎比其他型號(hào)多一倍，總裝周期幾乎也長(zhǎng)了一倍。

此次發(fā)射的長(zhǎng)二F遙十四火箭和之前發(fā)射“神十三”的長(zhǎng)二F遙十三火箭屬于同一批次產(chǎn)品，狀態(tài)基本一致。經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn)，長(zhǎng)二F火箭飛行的可靠性評(píng)估結(jié)果為0.9894。

長(zhǎng)二F火箭副總設(shè)計(jì)師劉烽透露，工作人員想方設(shè)法，不斷提升火箭可靠性。例如，長(zhǎng)二F遙十四火箭在防熱方面做了改進(jìn)，試驗(yàn)隊(duì)在火箭助推的前捆綁和后捆綁位置增加了防熱罩，對(duì)分離火工品給予保護(hù)，確保其不受飛行過程中的熱環(huán)境影響。

長(zhǎng)二F火箭整流罩、逃逸塔特寫

本次發(fā)射前，火箭保持應(yīng)急救援待命狀態(tài)6個(gè)月，比長(zhǎng)二F遙十三火箭增加了一倍，且豎立存放了8個(gè)月，創(chuàng)下新紀(jì)錄，還在發(fā)射場(chǎng)順利過冬。對(duì)此，試驗(yàn)隊(duì)制定了一系列檢查和保障措施。發(fā)射場(chǎng)方面每周都會(huì)開展巡視檢查，保證火箭存放廠房的溫度、濕度等環(huán)境條件適宜，制定防鼠防蟲等措施。進(jìn)場(chǎng)后，試驗(yàn)隊(duì)又開展了一系列檢查和測(cè)試，例如對(duì)承力部件的力矩松弛情況做了檢查，對(duì)長(zhǎng)期帶壓存放的產(chǎn)品進(jìn)行了壓力監(jiān)測(cè)，確保產(chǎn)品狀態(tài)良好。

火箭的逃逸整流罩有32把鎖，把2個(gè)半罩連到一起。掛鎖是特別關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，如果沒連好或者出現(xiàn)卡滯，一旦火箭飛行中出現(xiàn)問題，逃逸整流罩打不開，后果不堪設(shè)想。掛鎖安裝完后，設(shè)計(jì)師需要乘坐升降車，拿著內(nèi)窺鏡，透過操作口從上到下對(duì)32把鎖逐一進(jìn)行狀態(tài)檢查，一般安裝和檢查工作全程需要8個(gè)多小時(shí)。按照試驗(yàn)隊(duì)新隊(duì)員的意見，火箭把仰罩安裝火工品改為扣罩安裝火工品，避免了人員爬到產(chǎn)品上安裝操作，讓流程進(jìn)一步優(yōu)化。

長(zhǎng)二F火箭轉(zhuǎn)運(yùn)

長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭被譽(yù)為“神箭”

按照“打一發(fā)，備一發(fā)”的模式，長(zhǎng)二F遙十五火箭已隨試驗(yàn)隊(duì)進(jìn)場(chǎng)。這是新一批次產(chǎn)品，在進(jìn)一步提高發(fā)射概率、消除單點(diǎn)故障、提升產(chǎn)品可靠性、元器件國(guó)產(chǎn)化、工藝改進(jìn)、產(chǎn)品熱防護(hù)等方面，做了50余項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)和提升。

為提高發(fā)射概率，長(zhǎng)二F遙十五火箭在發(fā)射前增加了雙向風(fēng)修正措施。原先，如果發(fā)射前氣象條件不太好，比如高空風(fēng)較大，超出了火箭允許的發(fā)射條件，可能就要推遲或終止發(fā)射。采用雙向風(fēng)修正措施后，在一定的風(fēng)場(chǎng)作用下，試驗(yàn)隊(duì)可根據(jù)實(shí)時(shí)的天氣情況重新生成一套發(fā)射諸元參數(shù)，在一定程度上修正風(fēng)對(duì)火箭的影響。

試驗(yàn)隊(duì)還將對(duì)火箭地面測(cè)發(fā)控設(shè)備進(jìn)行更新改造，提高可靠性，針對(duì)原有的測(cè)試設(shè)備單點(diǎn)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，進(jìn)一步打通發(fā)射區(qū)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，提高信息化、集成化能力，改善操作流程，還增加了自動(dòng)判讀功能。

飛船不斷“隱形創(chuàng)新”

根據(jù)規(guī)劃，從神舟十二號(hào)飛船到神舟十五號(hào)飛船采用組批研制模式，飛船技術(shù)狀態(tài)基本一致，安全、穩(wěn)定、可靠地承擔(dān)著航天員和物品天地往返運(yùn)輸任務(wù)。放眼世界航天舞臺(tái)，神舟飛船的安全性是首屈一指的。

在空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段，工作團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過神舟十二號(hào)、神舟十三號(hào)飛船驗(yàn)證了交會(huì)對(duì)接、繞飛、長(zhǎng)期駐留、快速返回等關(guān)鍵技術(shù)?？梢哉f，神舟十四號(hào)飛船具備了空間站建造和運(yùn)營(yíng)階段的全部“十八般武藝”。

航天科技集團(tuán)五院載人飛船系統(tǒng)項(xiàng)目技術(shù)副經(jīng)理邵立民解釋稱，一個(gè)產(chǎn)品要走向批量研制，最關(guān)鍵的是要有“比較健壯的設(shè)計(jì)”，做到批量化生產(chǎn)，形成規(guī)模，使管理更嚴(yán)密，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量保成功、高效率完成任務(wù)，才能滿足空間站任務(wù)的高密度發(fā)射需求。

航天人奮戰(zhàn)一線

神舟十四號(hào)飛船自去年8月進(jìn)入酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心并完成待命狀態(tài)設(shè)置以來，在發(fā)射場(chǎng)共計(jì)待命了7個(gè)月，堪稱“中國(guó)航天史上最長(zhǎng)”。試驗(yàn)隊(duì)首次開展“北京-酒泉”遠(yuǎn)程發(fā)射場(chǎng)巡檢工作，確認(rèn)了飛船狀態(tài)滿足應(yīng)急發(fā)射條件，驗(yàn)證了“一船發(fā)射、一船待命”的滾動(dòng)備份模式。

神舟十四號(hào)飛船與團(tuán)隊(duì)合影

不過，組批研制的神舟飛船研制生產(chǎn)模式已發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。航天工作者透露，以前在發(fā)射場(chǎng)80～90天才能完成1艘飛船的工作，現(xiàn)在45天就可以完成2艘飛船的工作。

神舟飛船團(tuán)隊(duì)今年要按計(jì)劃執(zhí)行返回、2船次交會(huì)對(duì)接、3船次應(yīng)急救援待命任務(wù)，涉及神舟十三號(hào)飛船至神舟十六號(hào)飛船共4艘，還要并行開展神舟十七號(hào)、神舟十八號(hào)飛船的地面研制工作。

在本次任務(wù)中，神舟團(tuán)隊(duì)采用北京-酒泉兩地遠(yuǎn)程協(xié)同的科學(xué)管理模式，最大限度地發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，保障發(fā)射型號(hào)和出廠前型號(hào)并行研制。一方面，他們完成神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)飛船各項(xiàng)發(fā)射場(chǎng)工作，另一方面，抓實(shí)飛控、保障工作，為后續(xù)型號(hào)任務(wù)的產(chǎn)品交付、總裝測(cè)試等工作爭(zhēng)分奪秒，分析識(shí)別相關(guān)變化帶來的隱患風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)消除。

這種嚴(yán)苛態(tài)度不止一次消除隱患。例如，之前在神舟十二號(hào)、神舟十三號(hào)飛船進(jìn)行推進(jìn)艙檢漏時(shí)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)原先拆裝前端吊裝附件的操作可能會(huì)帶來隱患，通過在上海、北京扎實(shí)開展試驗(yàn)，最終優(yōu)化流程，取消了附件拆裝環(huán)節(jié)。

從空間站核心艙看神舟十四號(hào)飛船

神舟十四號(hào)飛船與空間站核心艙交會(huì)對(duì)接

飛船靠近核心艙對(duì)接口并捕獲

其實(shí)，組批研制的神舟飛船也有不少軟性改進(jìn)和“隱形創(chuàng)新”。

例如，神舟十三號(hào)飛船返回方案由原先規(guī)劃的11圈返回變?yōu)?圈返回。經(jīng)過改進(jìn)，航天員的準(zhǔn)備時(shí)間、在軌等待時(shí)間都顯著縮短，舒適性顯著提高，航天員回來之后也對(duì)這次快速返回表示贊賞。雖然產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)“固定”，但神舟飛船運(yùn)用模式還可以有很多創(chuàng)新，返回方案的變化就是典型的軟性改進(jìn)，效果非常明顯。

未來神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)飛船同時(shí)在軌時(shí)，飛控團(tuán)隊(duì)的原則是“有縫銜接”，不會(huì)讓2艘飛船同時(shí)交疊操作，要在程序上切割開。但在進(jìn)行任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)，團(tuán)隊(duì)會(huì)選擇“無縫銜接”，按照最復(fù)雜的情況做準(zhǔn)備，確保任務(wù)萬無一失。

“隱形創(chuàng)新”有時(shí)要考慮極端情況：萬一出現(xiàn)緊急事件，對(duì)接機(jī)構(gòu)承受撞擊的能力如何？密封材料性能如何？能源系統(tǒng)不同工況下適應(yīng)能力如何？發(fā)射場(chǎng)太陽翼展開試驗(yàn)如何進(jìn)一步優(yōu)化流程？航天工作者們針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)驗(yàn)證和仿真分析工作，全面細(xì)致做好技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制，確保飛行任務(wù)圓滿完成。

太空護(hù)航精準(zhǔn)對(duì)接

徑向交會(huì)對(duì)接是今年實(shí)現(xiàn)6名中國(guó)航天員同時(shí)在軌飛行的關(guān)鍵，也是中國(guó)空間站建造任務(wù)的必要一環(huán)。為熟練掌握這一技能，神舟飛船已反復(fù)演練。

2021年9月16日，神舟十二號(hào)載人飛船與核心艙分離后，繞到了節(jié)點(diǎn)艙徑向?qū)涌诘恼路?，在隔?9米遠(yuǎn)的接口下“駐足”。10月16日，神舟十三號(hào)載人飛船飛過了這19米，首次完成了與空間站組合體徑向交會(huì)對(duì)接。

這次，神舟十四號(hào)載人飛船再次完成與空間站組合體的徑向交會(huì)對(duì)接，大體上沿用了之前飛船的技術(shù)方案，又對(duì)部分細(xì)節(jié)優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步掌握并完善了徑向快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)。

相比在同一水平面軌道進(jìn)行的前向和后向?qū)樱瑥较蚪粫?huì)對(duì)接從天和核心艙下方進(jìn)行。飛船和核心艙在軌道高度上有偏差，飛行速度不同。在接近過程中，除需在徑向方向上改變飛船的速度、位置，還要在速度方向上控制飛船的角度，屬于高度動(dòng)態(tài)的對(duì)接過程，要求控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)感應(yīng)核心艙的位置，并實(shí)時(shí)控制飛船。

為此，神舟十四號(hào)飛船配備了控制計(jì)算機(jī)、微波光學(xué)敏感器等交會(huì)控制設(shè)備，可自主飛到空間站組合體附近，不依賴地面測(cè)控系統(tǒng)。

在這個(gè)過程中，航天科工集團(tuán)三院33所研制的高精度加速度計(jì)組合再立新功，出色完成了微重力環(huán)境下加速度的測(cè)量任務(wù)，幫助飛船精準(zhǔn)把握速度和位置，使交會(huì)對(duì)接又穩(wěn)又準(zhǔn)。簡(jiǎn)單地說，加速度計(jì)先后完成穩(wěn)定性提升、真空環(huán)境適應(yīng)性改造、溫度環(huán)境適應(yīng)提升等迭代過程，與它的“翻譯官”IF轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行功能整合，通過系統(tǒng)優(yōu)化，讓各個(gè)器件的兼容性和穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)。

航天科工集團(tuán)二院25所研制的微波雷達(dá)承擔(dān)著中遠(yuǎn)距離空間飛行器間距離、速度、角度等相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精確測(cè)量任務(wù)，是空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)中的關(guān)鍵測(cè)量敏感器。此次飛行任務(wù)中，微波雷達(dá)再次與安裝在空間站核心艙上的微波應(yīng)答機(jī)配合工作，為空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)保駕護(hù)航。

回顧神舟十四號(hào)飛船自主快速交會(huì)對(duì)接過程：飛船由火箭護(hù)送，從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射入軌后，3圈內(nèi)完成6次變軌，用4.5小時(shí)到達(dá)空間站后下方大約50公里的位置，隨后途經(jīng)中瞄點(diǎn)、停泊點(diǎn)，姿態(tài)調(diào)整為垂直飛行，再?？坑诳臻g站下方徑向?qū)涌凇拇蛛x到對(duì)接機(jī)構(gòu)鎖緊，只需6.5小時(shí)左右。而航天專家透露，如果任務(wù)需要，交會(huì)對(duì)接速度還可以更快。

2022年3月27日，完成全部既定任務(wù)的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船撤離空間站后，利用推進(jìn)劑余量，以核心艙前向端口為目標(biāo)端口，執(zhí)行了快速交會(huì)驗(yàn)證，整個(gè)過程僅用了2小時(shí)。隨著各項(xiàng)技術(shù)在工程中不斷應(yīng)用、驗(yàn)證，技術(shù)迭代將越來越快，2小時(shí)“超快速交會(huì)對(duì)接”或?qū)⒃谥袊?guó)空間站建造過程中成為現(xiàn)實(shí)。

（感謝宋皓薇、任長(zhǎng)勝、張航、王奧博對(duì)本文的貢獻(xiàn)）