鐘文安，李智斌，廖國(guó)瑞，黃 兵，張樹杰

(1. 西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，文昌 571300；2. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076)

0 引言

航天運(yùn)載工具是一個(gè)國(guó)家進(jìn)入空間的主要手段，是和平利用空間的基本條件和前提?！盎鸺倪\(yùn)載能力有多大，航天的舞臺(tái)就有多大”，運(yùn)載火箭的使命就是要把有效載荷準(zhǔn)確送入“舞臺(tái)”的預(yù)定位置[1]。受限于火箭自身的運(yùn)載能力、地球自轉(zhuǎn)的客觀條件、風(fēng)雨雷電等環(huán)境約束以及有效載荷的特殊要求，運(yùn)載火箭始終將“零窗口”發(fā)射作為系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和測(cè)試發(fā)射流程制定的重要目標(biāo)。所謂“零窗口”發(fā)射是指運(yùn)載火箭在完成發(fā)射準(zhǔn)備階段的所有工作后的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間與預(yù)先確定的點(diǎn)火時(shí)間分秒不差。

運(yùn)載火箭的組成系統(tǒng)多，各系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)程度大，射前測(cè)試發(fā)射流程復(fù)雜，制約實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射目標(biāo)的不確定性因素貫穿整個(gè)發(fā)射流程。尤其對(duì)于大型低溫液體運(yùn)載火箭，想要實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射難上加難。首先，低溫液體運(yùn)載火箭加注發(fā)射準(zhǔn)備階段工作項(xiàng)目多，尤其是低溫動(dòng)力系統(tǒng)在射前要完成低溫推進(jìn)劑加注、發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷、貯箱增壓和氣液連接器脫落等工作，每一項(xiàng)工作都由若干個(gè)環(huán)節(jié)組成。環(huán)節(jié)多意味著不確定因素多，其中只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，就可能制約運(yùn)載火箭準(zhǔn)時(shí)發(fā)射。太空發(fā)射系統(tǒng)(Space Launch System，SLS)在執(zhí)行阿爾忒彌斯一號(hào)(Artemis-1)任務(wù)時(shí)，就因?yàn)樾炯?jí)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷異常、液氫加注連接器泄露等問(wèn)題兩次推遲發(fā)射[2]。其次，低溫推進(jìn)劑加注后，運(yùn)載火箭的可逆性變差，一旦某個(gè)系統(tǒng)或某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，故障處置需在狹小空間、低溫、易燃易爆環(huán)境下進(jìn)行，處置手段極為受限，因此故障一旦發(fā)生，運(yùn)載火箭極大可能要推遲發(fā)射或中止發(fā)射。太空探索技術(shù)公司星艦(SpaceX Starship)首飛就因?yàn)樯淝霸鰤洪y門被凍住而不得不中止發(fā)射流程。因此，大型低溫液體運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射受制約的因素很多。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在最初方案設(shè)計(jì)階段就要考慮到可能出現(xiàn)的故障模式，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案盡量規(guī)避，通過(guò)能力挖潛主動(dòng)拓展任務(wù)故障適應(yīng)性和窗口寬度[3]，并且在發(fā)射準(zhǔn)備階段要制定科學(xué)的測(cè)試發(fā)射流程[4]，通過(guò)技術(shù)和流程的結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)大型低溫運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射。

本文首先分析了大型低溫液體運(yùn)載火箭射前特點(diǎn)和約束，然后針對(duì)實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射的技術(shù)方案、發(fā)射窗口主動(dòng)拓展技術(shù)和測(cè)試發(fā)射策略進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)全面提升我國(guó)航天發(fā)射能力、適應(yīng)未來(lái)航天發(fā)展需求具有十分重要的意義。

1 大型低溫液體運(yùn)載火箭射前特點(diǎn)和約束

要實(shí)現(xiàn)大型低溫液體運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射目標(biāo)，要先分析大型低溫液體運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射有哪些特點(diǎn)和受哪些因素制約，從而有針對(duì)性地制定技術(shù)方案和測(cè)試發(fā)射流程。

1.1 射前流程制約因素

射前進(jìn)入加注發(fā)射流程后要順序完成低溫推進(jìn)劑加注、發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷、射前增壓和氣液連接器脫落等工作，主要有以下3個(gè)方面的特點(diǎn)：

1)各系統(tǒng)間、同一系統(tǒng)各模塊間的指揮操作與口令交互密集，一旦出現(xiàn)故障需并行開展正常測(cè)發(fā)動(dòng)作和故障應(yīng)急處置，指揮操作難度大。

2)各系統(tǒng)工作環(huán)環(huán)相扣、緊密關(guān)聯(lián)、耦合復(fù)雜，相互制約，一旦某系統(tǒng)出現(xiàn)故障必然影響其他系統(tǒng)正常動(dòng)作的執(zhí)行。且受低溫環(huán)境和狹小空間限制，故障處置時(shí)間和手段受限，不利于“零窗口”發(fā)射目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3)射前關(guān)鍵動(dòng)作臨近點(diǎn)火時(shí)刻，如關(guān)閉加注閥、貯箱增壓和氣液連接器脫落等。故障發(fā)生的時(shí)刻越靠近點(diǎn)火時(shí)刻，應(yīng)急處置越緊張，甚至沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處置，很有可能錯(cuò)過(guò)發(fā)射窗口。

1.2 地面設(shè)備設(shè)施制約因素

液體運(yùn)載火箭加注發(fā)射離不開地面設(shè)備設(shè)施的支撐保障。為保障“零窗口”發(fā)射，設(shè)備設(shè)施可靠性起著決定性作用。加注發(fā)射作為測(cè)試發(fā)射的關(guān)鍵時(shí)段和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，有著不同于分系統(tǒng)、總檢查等測(cè)試時(shí)段的特點(diǎn)，出現(xiàn)故障后不僅影響測(cè)試發(fā)射流程的順利進(jìn)行，甚至?xí)霈F(xiàn)低溫推進(jìn)劑泄漏、壓力容器超壓等重大安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著高密度任務(wù)常態(tài)化進(jìn)行，地面設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷大幅度增加，其可靠性直接制約任務(wù)保障能力，需要重點(diǎn)關(guān)注。

1.3 發(fā)射氣象條件制約因素

在世界各國(guó)的航天發(fā)射過(guò)程中，都要嚴(yán)格遵守“火箭發(fā)射天氣標(biāo)準(zhǔn)”的規(guī)則。這套規(guī)則規(guī)定了“對(duì)發(fā)射場(chǎng)區(qū)雷電、降水、淺層風(fēng)和高空風(fēng)”的指標(biāo)要求，發(fā)射時(shí)不滿足任何一條就必須推遲火箭的發(fā)射[5]。氣象條件最惡劣的文昌航天發(fā)射場(chǎng)位于海南省文昌地區(qū)，此地為熱帶海洋性季風(fēng)氣候，發(fā)射場(chǎng)區(qū)多雷電、局地短時(shí)強(qiáng)降水、淺層風(fēng)、高空風(fēng)風(fēng)向多變等天氣現(xiàn)象，天氣復(fù)雜難報(bào)。若場(chǎng)區(qū)氣象保障不力，天氣預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確，會(huì)給射前流程帶來(lái)重大影響，妨礙“零窗口”發(fā)射目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。SpaceX“獵鷹”火箭就多次因?yàn)樘鞖庠蚨七t發(fā)射。

1.4 組織指揮制約因素

組織指揮涵蓋射前全過(guò)程，正確的組織指揮是確?！傲愦翱凇卑l(fā)射的關(guān)鍵[6]。進(jìn)入射前流程后，組織指揮需統(tǒng)籌各分系統(tǒng)按階段完成相應(yīng)工作，因程序復(fù)雜、動(dòng)作多、可靠性要求高的特點(diǎn)，各分系統(tǒng)、各產(chǎn)品設(shè)備的工作時(shí)段及相互之間的配合都有嚴(yán)格要求，如果稍有誤差就會(huì)造成大系統(tǒng)的工作紊亂。射前流程如遇故障，可供決策討論的時(shí)間很短，故障發(fā)生后各系統(tǒng)、各崗位人員還需協(xié)同配合、準(zhǔn)確操作，使應(yīng)急處置的過(guò)程更加高效順暢。

2 “零窗口”發(fā)射技術(shù)方案

為最大限度適應(yīng)大型低溫液體運(yùn)載火箭射前約束條件，首先需要選取恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案。對(duì)大型低溫運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō)，低溫動(dòng)力系統(tǒng)最為復(fù)雜，在發(fā)射日需要完成的準(zhǔn)備工作最多，因此低溫動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案選取至關(guān)重要。低溫動(dòng)力系統(tǒng)在射前的工作重點(diǎn)是完成低溫推進(jìn)劑加注和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)預(yù)冷。除箭上系統(tǒng)需要高可靠工作外，同時(shí)需要地面設(shè)備設(shè)施的配合，主要包括連接器、配氣臺(tái)和地面加注設(shè)備等。這些地面設(shè)備設(shè)施通過(guò)箭地之間的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)火箭的發(fā)射支持。針對(duì)此特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大型低溫運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射技術(shù)需要著重解決低溫動(dòng)力系統(tǒng)的預(yù)冷技術(shù)、高可靠箭地低溫管路涌泉抑制技術(shù)、統(tǒng)一供配氣與零秒脫落連接器技術(shù)、配氣臺(tái)冗余技術(shù)和地面加注技術(shù)。

2.1 低溫動(dòng)力系統(tǒng)預(yù)冷技術(shù)

為了保證低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，在點(diǎn)火前需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充分預(yù)冷[7]。低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)冷方式直接決定了火箭射前操作程序和箭地接口的復(fù)雜性。目前，國(guó)內(nèi)外低溫發(fā)動(dòng)機(jī)常用的預(yù)冷方式有浸泡預(yù)冷、排放預(yù)冷、循環(huán)預(yù)冷[8-9]。通過(guò)綜合比較發(fā)現(xiàn)，循環(huán)預(yù)冷技術(shù)方案較排放預(yù)冷技術(shù)方案箭地連接關(guān)系簡(jiǎn)單，無(wú)需配置排放連接器和排放管路，大大簡(jiǎn)化了箭地接口，也簡(jiǎn)化了射前操作流程，消除了射前極易出現(xiàn)問(wèn)題的連接器泄漏、脫落故障等風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)循環(huán)預(yù)冷是一種主動(dòng)預(yù)冷方式，較浸泡預(yù)冷更容易滿足低溫發(fā)動(dòng)機(jī)苛刻的預(yù)冷條件。因此，在箭上空間和系統(tǒng)復(fù)雜度可接受的條件下，采用循環(huán)預(yù)冷技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)大型低溫液體運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射。

2.2 高可靠箭地低溫管路涌泉抑制技術(shù)

大型低溫液體運(yùn)載火箭往往具有大長(zhǎng)細(xì)比輸送管，在液氧加注結(jié)束后，距離點(diǎn)火時(shí)刻還往往有一段停放時(shí)間。在停放過(guò)程中，箭上低溫管路和地面低溫管路相通，如果低溫管路中的液氧處于靜止不流動(dòng)的狀態(tài)，盡管管路進(jìn)行了外絕熱處理，仍然會(huì)有環(huán)境漏熱導(dǎo)致箭地低溫管路中出現(xiàn)涌泉現(xiàn)象。在涌泉的回流過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的水擊現(xiàn)象，出現(xiàn)壓力波動(dòng)并產(chǎn)生巨大的壓力峰[10]。大型低溫液體火箭射前加注階段壓力曲線如圖1所示(以點(diǎn)火時(shí)刻為0 s)，P1yh1、P1yh2為推進(jìn)劑輸送管路壓力，P1yhl1、P1yhl2為導(dǎo)管壓力，P1ybo1、P1ybo2為泵腔壓力，P1yjx為活門壓力。該壓力峰值可能造成推進(jìn)劑輸送管路、導(dǎo)管、泵腔和活門支架的損壞。為了確保運(yùn)載火箭的發(fā)射可靠性，需要在設(shè)計(jì)之初就考慮采用涌泉抑制技術(shù)，避免出現(xiàn)壓力沖擊。常用的涌泉抑制技術(shù)有氦氣鼓泡、自動(dòng)補(bǔ)加、循環(huán)回流、內(nèi)外管輸送和主動(dòng)排放等[11]，具體采用哪種涌泉抑制技術(shù)需要綜合考慮系統(tǒng)規(guī)模和可靠性、射前操作復(fù)雜度以及流程可行性等。通常大型低溫火箭輸送系統(tǒng)的涌泉抑制技術(shù)可結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷技術(shù)和推進(jìn)劑管理技術(shù)統(tǒng)籌考慮。對(duì)于箭上輸送管路漏熱導(dǎo)致的涌泉，如果火箭采用了循環(huán)預(yù)冷技術(shù)，可以采用循環(huán)回流實(shí)現(xiàn)涌泉抑制。對(duì)于地面加注管路漏熱導(dǎo)致的涌泉，可以借助地面加注管路的排放管路，采用主動(dòng)排放的涌泉抑制技術(shù)。

圖1 壓力波動(dòng)箭上壓力和溫度曲線Fig.1 Pressure and temperature curves of rocket pressure fluctuation

2.3 統(tǒng)一供配氣和零秒脫落連接器技術(shù)

大型低溫液體運(yùn)載火箭往往由多個(gè)模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊的低溫動(dòng)力系統(tǒng)在射前加注準(zhǔn)備階段都需要發(fā)射支持系統(tǒng)供氣，以完成低溫動(dòng)力系統(tǒng)的吹除和氣封等工作。供配氣介質(zhì)種類多、壓力等級(jí)要求嚴(yán)、流量溫度要求高，供氣流程復(fù)雜。如果每一個(gè)模塊都采用單獨(dú)供氣方案，則每一個(gè)模塊都至少需要一個(gè)供氣連接器和一個(gè)地面配氣臺(tái)，這會(huì)大大增加箭地接口的數(shù)量和地面供配氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，增加射前脫落供氣連接器的風(fēng)險(xiǎn)，影響火箭“零窗口”發(fā)射可靠性。如果在不同模塊間實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一供配氣技術(shù)[12]，即在基礎(chǔ)級(jí)模塊上設(shè)置一個(gè)供氣連接器，再由基礎(chǔ)級(jí)模塊為其他模塊供配氣，則可實(shí)現(xiàn)一個(gè)地面配氣臺(tái)、一個(gè)供氣連接器、一個(gè)箭地接口、一次射前脫落，極大簡(jiǎn)化箭地接口和射前操作流程。

在運(yùn)載火箭點(diǎn)火起飛前，供氣連接器需要可靠脫落，確?；鸺踩痫w。通常在臨近點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行低溫貯箱的增壓，低溫推進(jìn)劑與氣枕之間溫差大、換熱劇烈，一次增壓后氣枕壓力由于換熱會(huì)快速下降，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氣枕壓力越來(lái)越低，導(dǎo)致不能滿足低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求和低溫貯箱的載荷要求。因此，為了提高任務(wù)適應(yīng)能力，貯箱增壓路的供氣需要一直保持，具備時(shí)刻對(duì)低溫貯箱補(bǔ)壓的能力，確保點(diǎn)火時(shí)刻貯箱氣枕壓力能夠滿足低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求。這需要采用零秒脫落連接器技術(shù)[13]，最大限度延長(zhǎng)供氣時(shí)間，提高火箭“零窗口”發(fā)射可靠性。圖2為大型低溫液體火箭的中心球鎖零秒脫落連接器，該連接器通過(guò)支架安裝在火箭支撐臂上。火箭起飛時(shí)，拉索控制連接器脫落，限位索作為備保手段提高零秒連接器脫落可靠性。

(a)氣管連接器

2.4 配氣臺(tái)冗余控制技術(shù)

大型低溫液體運(yùn)載火箭的動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)地面供配氣系統(tǒng)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

(1)供氣項(xiàng)目種類多、指標(biāo)精度高

低溫動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致了地面供氣項(xiàng)目的種類多，而且針對(duì)供氣指標(biāo)有較高的精度要求，因此在配氣系統(tǒng)中關(guān)鍵產(chǎn)品配氣臺(tái)的設(shè)計(jì)需要考慮上述要求，并實(shí)現(xiàn)此基本功能。

(2)實(shí)時(shí)供氣的高可靠性

低溫液體火箭射前流程可逆性較差，一旦開始低溫推進(jìn)劑加注后，對(duì)供配氣往往需要持續(xù)實(shí)時(shí)供氣，一旦因?yàn)楣收现袛喙?，?huì)產(chǎn)生推進(jìn)劑泄漏、閥門凍結(jié)等故障，導(dǎo)致產(chǎn)品失效，甚至威脅發(fā)射場(chǎng)設(shè)備及人員的安全，因此必須確保配氣臺(tái)實(shí)時(shí)供氣的可靠性。

(3)無(wú)人值守情況下對(duì)供氣故障的快速修復(fù)能力

運(yùn)載火箭的配氣臺(tái)具備遠(yuǎn)程測(cè)試、發(fā)射和控制能力，即在人員撤離后直到火箭點(diǎn)火發(fā)射，具備遠(yuǎn)控的功能。在無(wú)人值守情況下，如何快速識(shí)別故障現(xiàn)象、定位故障問(wèn)題、查找故障原因并及時(shí)排除故障就成為整個(gè)供配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)施要求。

因此配氣臺(tái)有必要采用冗余控制方案，在實(shí)現(xiàn)基本功能的前提下，提高實(shí)時(shí)供氣的可靠性，增強(qiáng)無(wú)人值守情況下對(duì)故障的應(yīng)對(duì)能力，確保滿足大型低溫液體火箭“零窗口”發(fā)射的供氣可靠性。

2.5 地面加注技術(shù)

低溫推進(jìn)劑加注是液體運(yùn)載火箭射前發(fā)射流程組織的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，地面加注技術(shù)對(duì)射前流程時(shí)間、運(yùn)載火箭及發(fā)射臺(tái)安全、箭體結(jié)構(gòu)載荷、射前供氣、供液及供電消耗、箭上地面設(shè)備可靠性等均有重要影響[14-15]。低溫推進(jìn)劑易相變消耗，往往將推進(jìn)劑加注操作置于火箭發(fā)射日，且盡量臨近發(fā)射時(shí)刻，一旦加注系統(tǒng)出現(xiàn)故障，直接影響射前流程的順利進(jìn)行，因此“零窗口”發(fā)射要求對(duì)低溫加注系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求[16]。此外，為了保證低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠工作和性能，貯箱內(nèi)低溫推進(jìn)劑的溫度必須滿足一定的要求，而貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑溫度實(shí)際受到加注過(guò)程和停放時(shí)間的顯著影響。如果采用全過(guò)冷加注技術(shù)，則加注結(jié)束后不需要停放過(guò)程，即可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)低溫推進(jìn)劑溫度的要求，可以大大縮短射前流程時(shí)間，減少人力資源需求，有利于規(guī)避沿海發(fā)射場(chǎng)多變的不利氣象條件，提高運(yùn)載火箭發(fā)射可靠性。

3 發(fā)射窗口主動(dòng)拓展技術(shù)

為了給一些射前突發(fā)故障(尤其是臨近點(diǎn)火時(shí)刻出現(xiàn)的故障)留有處置時(shí)間，大型低溫液體運(yùn)載火箭在發(fā)射準(zhǔn)備階段完成所有工作之后，往往會(huì)留有一定的推遲發(fā)射能力，即火箭各系統(tǒng)能夠保持發(fā)射準(zhǔn)備狀態(tài)一段時(shí)間而不需要進(jìn)行任何處置，以保證運(yùn)載火箭能夠隨時(shí)進(jìn)入點(diǎn)火程序。受低溫推進(jìn)劑的熱力學(xué)性能以及火箭本身各設(shè)備設(shè)施的能力約束，一般能適應(yīng)的推遲時(shí)間為幾分鐘到十幾分鐘。超過(guò)這個(gè)時(shí)間，運(yùn)載火箭受限制的系統(tǒng)必須要先進(jìn)行逆流程，退回到之前的某個(gè)狀態(tài)后再重新進(jìn)入正流程。對(duì)于“零窗口”發(fā)射任務(wù)，不再需要運(yùn)載火箭的推遲發(fā)射能力，可以對(duì)這部分原本用于推遲發(fā)射的能力進(jìn)行挖潛，提前用到正常發(fā)射流程中，以增加正常發(fā)射流程中故障處置時(shí)間，等效將發(fā)射窗口進(jìn)行拓展。

在理想情況下，運(yùn)載火箭在指定時(shí)刻起飛，按照事先設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)飛行彈道即可滿足入軌要求。但是由于各種偏差因素的存在，運(yùn)載火箭并不一定能在指定時(shí)刻起飛，飛行中各種干擾也是未知的，所以飛行時(shí)長(zhǎng)也未知，單純的攝動(dòng)制導(dǎo)難以適應(yīng)任務(wù)要求，需要采用迭代制導(dǎo)技術(shù)。迭代制導(dǎo)是以最優(yōu)控制原理為基礎(chǔ)，通過(guò)在線計(jì)算入軌點(diǎn)，解析計(jì)算出飛行程序角[17-18]，調(diào)整飛行軌跡，換取在飛行過(guò)程中各種偏差因素下仍能精確入軌的能力。因此，可以應(yīng)用迭代制導(dǎo)技術(shù)，通過(guò)火箭運(yùn)載能力挖潛，將“零窗口”拓展為“窄窗口”，以增加射前故障處置時(shí)間，確保任務(wù)成功。

4 “零窗口”任務(wù)測(cè)試發(fā)射策略

測(cè)試發(fā)射流程和發(fā)射場(chǎng)的任務(wù)保障能力也是運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射目標(biāo)的重要因素。測(cè)試發(fā)射流程是工程各系統(tǒng)在發(fā)射場(chǎng)開展各項(xiàng)工作的基本依據(jù)。優(yōu)化的測(cè)試發(fā)射流程對(duì)于縮短測(cè)試發(fā)射周期、提高應(yīng)急處置能力具有重要意義[4]。發(fā)射場(chǎng)任務(wù)保障涉及供電、供氣、供液和氣象保障等，相關(guān)設(shè)備設(shè)施的可靠性和氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度直接影響運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射流程的進(jìn)行[6]。

4.1 測(cè)發(fā)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)“零窗口”發(fā)射要求，經(jīng)過(guò)對(duì)各系統(tǒng)射前流程的充分論證，綜合考慮可靠性、操作復(fù)雜性等因素，按照“確保全面完整、堅(jiān)持安全可靠、增加時(shí)間裕度、力求集約高效”原則對(duì)測(cè)發(fā)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1)深度挖掘各系統(tǒng)的潛力，將射前動(dòng)作適當(dāng)提前，尤其是將臨近點(diǎn)火時(shí)刻的動(dòng)作提前，如有故障可盡早將故障暴露出來(lái)，為故障處置留出盡量多的時(shí)間。

2)將射前各系統(tǒng)動(dòng)作解耦，不再互為前置條件，使得各系統(tǒng)都能充分利用火箭點(diǎn)火前的時(shí)間，降低發(fā)射日突發(fā)故障對(duì)“零窗口”發(fā)射的影響。

3)根據(jù)各系統(tǒng)射前關(guān)鍵動(dòng)作，充分分析各系統(tǒng)的故障模式，制定故障處置預(yù)案，將故障處置措施規(guī)程化，將故障處置時(shí)間精細(xì)化，以便在故障出現(xiàn)時(shí)能夠準(zhǔn)確定位、精確操作、快速處置。

4.2 提高任務(wù)保障能力

4.2.1 提高設(shè)備設(shè)施可靠性

提高運(yùn)載火箭及發(fā)射場(chǎng)設(shè)備設(shè)施可靠性可大大降低射前故障發(fā)生率，從而減少射前風(fēng)險(xiǎn)，為確?！傲愦翱凇卑l(fā)射奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一方面針對(duì)使用年限久遠(yuǎn)、暴露問(wèn)題頻次高以及影響重大的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行全面檢修及更換，達(dá)到消除射前隱患的目的；另一方面加強(qiáng)地面設(shè)備質(zhì)量監(jiān)管、備份設(shè)備優(yōu)化部署以及完善發(fā)射場(chǎng)操作使用文件等措施，確保不出質(zhì)量問(wèn)題。

4.2.2 提高氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

為了確?！傲愦翱凇卑l(fā)射，氣象系統(tǒng)首先用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)準(zhǔn)確建立大氣環(huán)境特征數(shù)據(jù)庫(kù)，盡可能避開氣象條件差的時(shí)段；其次，準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)布中期、短期、短時(shí)和臨近天氣預(yù)報(bào)，確保不因天氣原因影響火箭測(cè)試進(jìn)程或?qū)Ξa(chǎn)品造成損壞；同時(shí)，氣象系統(tǒng)24小時(shí)全天候開展觀探測(cè)，針對(duì)發(fā)射窗口天氣迭代開展精細(xì)化滾動(dòng)預(yù)報(bào)，密切監(jiān)視場(chǎng)區(qū)周邊天氣演變，密切關(guān)注臺(tái)風(fēng)、雷暴和強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣的生消演變，確保發(fā)射窗口天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為保障任務(wù)進(jìn)程提供有力支持。

4.3 射前動(dòng)態(tài)組織指揮

針對(duì)“零窗口”發(fā)射的嚴(yán)苛要求，就是要充分利用火箭點(diǎn)火前的有限時(shí)間，把“零窗口”變?yōu)椤坝写翱凇?，使發(fā)射窗口適當(dāng)“放寬”，為故障處置贏得時(shí)間，提升發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)發(fā)射的可靠性和適應(yīng)能力?；舅悸芳础肮收舷到y(tǒng)應(yīng)急處置、正常系統(tǒng)繼續(xù)程序、在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)齊”，以減少發(fā)射日突發(fā)故障對(duì)“零窗口”的影響，確保射前各系統(tǒng)工作能在有限的時(shí)間段內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射的目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

大型低溫液體運(yùn)載火箭由于組成系統(tǒng)多、各系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)程度大、射前測(cè)發(fā)流程復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射有著更高技術(shù)含量和更大難度。本文基于大型低溫運(yùn)載火箭的系統(tǒng)特點(diǎn)和測(cè)試發(fā)射約束條件，提出了實(shí)現(xiàn)“零窗口”發(fā)射的技術(shù)方案，并通過(guò)發(fā)射窗口主動(dòng)拓展技術(shù)，再輔以科學(xué)的測(cè)試發(fā)射策略，以技術(shù)和流程的結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)大型低溫液體運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射目標(biāo)。