长征二号丁运载火箭西昌首飞取得哪些突破
2020-02-21
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2月20日5时07分，我国在西昌卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，采取“一箭四星”方式，成功将新技术试验卫星C星、D星、E星、F星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。
首次实施四星串并联发射布局、入轨精度提高近一倍、首次使用新型测发控一体化设备……这是长征二号丁火箭首次在西昌卫星发射中心执行任务，任务团队克服疫情带来的挑战，圆满完成发射任务的同时，取得一系列技术突破。
“一箭四星” 首次实施四星串并联发射布局
本次发射任务所搭载的四颗星来自不同卫星厂家，“高矮胖瘦”各不相同，为确保“打得动”，又能“放得下”“放得稳”，本次发射首次实施了四星串并联的发射布局。
“为了能放得下它们，我们前前后后和卫星方迭代了近20轮。”航天科技集团八院805所总体副主任设计师杨勇说。
这一次的构型主要采用“两舱串联+上层并联”四星串并联方式，通过在整流罩和箭体之间增加一个过渡舱放置最重最大的一颗卫星，这不仅能保持该卫星处于一个较好的力学环境之中，还能减轻其余卫星的构型压力。
即便安置好了最重最大的一颗卫星，其余三颗也不容小觑。为了使其余三颗卫星尽可能互不影响，又要使重量偏置较小，新设计了三星并联支承舱，用一种内外舱加分体式梁的构型替代了原先惯用的整体“井字”梁构型，并为每颗卫星设计了专用“座椅”——转接环，让卫星能够稳定地“坐”在支承舱上。
同时，为使三颗星并联后的星间距和星罩间距满足要求，还采用了“错层”布局方式。“以前型号从来没采用过这种卫星布局和火箭构型，也曾担心带来结构动力学、气动等问题，但在大量的仿真和真实试验后，表明该构型是可靠的。”型号副总设计师冯淑红说。
精准控制 入轨精度提高近一倍
根据卫星任务要求，本发火箭入轨精度指标提高了近一倍。“好比驾照考试，原先的要求是倒车入库左右距离在10厘米以内，而今要求在5厘米以内。”长征二号丁运载火箭总体副主任设计师郝钏钏表示，指标提高近一倍，但任务难度增加的却不止一倍。
运载火箭入轨精度由控制系统保证。长征二号丁运载火箭控制系统随着其核心单机产品大平台、小平台、捷联惯组的迭代更新，其控制精度始终在不断提升。目前使用的八表光纤惯组产品已是性能最优的产品，如何进一步提升入轨精度？无疑是一次挑战。
“为了满足任务要求，我们选取了多套惯组产品，并进行了数百次的入轨精度制导仿真，最终优选了一套经仿真能够满足入轨精度要求，且数据最稳定的惯组产品。有效保证了火箭最终的入轨精度。”长征二号丁运载火箭控制系统主任设计师石志华说。
据负责光纤惯组产品研制的设计师陈珊介绍，团队仍在进行新一代光纤惯组产品的研制，其精度高于八表惯组，且单台产品即可实现故障重构、确保系统冗余。该产品的应用有望进一步提高火箭精度。
与此同时，为确保火箭残骸“指哪儿落哪儿”，控制系统团队通过充分的调研论证，选择了一种对全箭影响最小的落点控制方法，即一级增加导引控制。该方案既无需进行结构改进，也无需新增箭上产品，只需要在火箭一级主动段飞行时实时调整火箭导引量，即可实现一级落点控制。
告别“一把钥匙开一把锁” 新型测发控一体化设备首次使用
这是长征二号丁火箭首次在西昌卫星发射中心执行任务，这意味着本次任务将要在前期做很多准备工作来确保快速适应新环境。
“这一次采用了一套新型地面一体化测发控设备，不仅是因为新基地需要一套新的设备，还为了借此机会实现长征二号丁和长征四号系列运载火箭地面设备的通用化。”长征二号丁副总设计师李建强说。
测发控系统好比一个“家庭医生”，在火箭发射前，对火箭进行全身体检，诊断火箭的健康状况，确保火箭在健康良好的情况下发射。
我国运载火箭型号众多，由于技术、管理以及历史因素等原因，不同型号运载火箭的地面接口千差万别，均各自配置独立的测发控系统。在任务量激增和多发射场执行任务的情况下，通用化、智能化、集成化的新一代测发控系统研制迫在眉睫。
长征二号丁研制团队充分利用前期成果，并和长征四号团队进行充分沟通，最终，设备规模由原来16个机柜缩减为10个，软件配置项目数由31项减少到15项，实现了90%的长征二号丁和长征四号系列运载火箭通用化率。从而，让“一把钥匙开一把锁”成为老黄历。
作者：张泉 胡喆
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