——解析长征七号运载火箭载荷组合体及远征-1A上面级

6月25日晚，伴随着我国新一代中型运载火箭长征七号首飞成功，升级版“太空摆渡车”远征-1A也开始了首次旅程。在经过40多个小时的飞行后，它可将5类共6位“乘客”准确地送到各自的“家门口”。

远征-1A作为具有多次启动功能的演示验证平台，将成为我国目前在轨时间最长的空间自主飞行器。在飞行的29圈中，经过多次点火变轨，多次分离，为所有“乘客”提供最高端舒适的环境，并以最快的速度将他们送到特定的轨道开始验证试验。

更多“乘客” 更高性能

2015年3月30日，由中国航天科技集团公司研制的远征一号上面级首次发射成功，将首颗新一代北斗导航卫星发射升空。4个月后，又成功将两颗新一代北斗导航卫星送入太空。

上面级是一种具有自主独立性的飞行器，之所以称之为“太空摆渡车”，是因为运载火箭基础级已经把“乘客”送上了太空，只不过还没有到达最终目的地。这时,需要靠上面级多次点火，把“乘客”多送一程，送到“家门口”。

“远征-1A上面级在远征一号的基础上进行了改进研制，既继承了它的技术特点，又进行了很多新技术的尝试。”长征七号运载火箭首飞载荷组合体行政负责人唐亚刚介绍道。

之所以称之为升级版的“太空摆渡车”，是因为远征-1A无论是从启动次数、制导方法以及轨道设计等，都有了新变化。

首先，远征-1A采用了泵压式发动机，可实现多次启动，这在国内尚属首次。“泵压式发动机的原理和抽水机很像，靠燃气吹动涡轮泵。它的动力强、推力大，可以更加机动灵活地将载荷送到相应的轨道位置。”技术负责人王国辉介绍说，此次采用的泵压式发动机的推力可以达到6500牛，最多可以实现20次点火变轨。

长时间高精度的自主导航是远征-1A的又一创新。通过采用多种制导方法，远征-1A的飞行全程实现了全自主飞行，“在整个长时间自主飞行过程中对轨道精度的要求很高，平台会进行轨道自动修正，只有在特殊情况时才会上传数据进行导航调整。”唐亚刚以多用途飞船缩比返回舱为例说道，“返回舱有着多项严格的分离精度要求，其中地心距偏差不能超过200米。”

组合体与长七分离后，进入到200×400公里的近地轨道，之后将经历多次变轨，进入不同的轨道，其中有两次轨道倾角发生变化的异面变轨。

多用途飞船缩比返回舱再入返回时，上面级的轨道将经历一次“大波动”。“它会先从400公里的高度降到170公里，返回舱分离后，组合体会由于惯性再入降到130公里轨道，然后再次点火重新回到400公里。”唐亚刚觉得这“一落一起”的过程就像“蹦极”一样，而这样的轨道设计在国际上也是屈指可数的。

精心挑选“高端乘客”

此次远征-1A上面级搭载了5类共6项载荷，是一箭多星发射方式中多次单放的一种。“一次将多颗卫星送入一个相同轨道，这是单次多放，而远征-1A上面级则是分批将多颗卫星送入多个不同轨道。”长征七号总体主任设计师徐利杰形象地比喻道，“远征-1A这辆‘太空摆渡车’是把每个乘客快速直接地送到家门口，而前面一种则是把乘客们送到同一个车站，乘客再各自回家。”

当然，这次的6位“乘客”都是经过精挑细选后确定的“高端乘客”。据悉，这次的载荷征集是由中国载人航天工程办公室面向全国进行的，有高校、中科院、航天系统内单位等。

“选择载荷的首要原则就是技术创新性强，此次搭载的载荷都具有较强的先进性和前瞻性，或是验证技术是领先的，或是国内首次试验的。”唐亚刚说。

由于长征七号运载火箭是为满足中国载人空间站工程建设需要而专门研制的，在载荷的选取上也优先考虑了符合和平利用空间的宗旨，选取的都是与载人航天工程关系密切的载荷。

另外，也是很重要的一点，长七未来将用来发射货运飞船，首飞任务的组合体要能够完全模拟未来货运飞船载荷状态，从载荷的质量、质心等，通过这次飞行任务来充分证明长七可以发射货运飞船。“在上面级组合体的整体设计上，不仅形状能够放进整流罩内，而且考虑了能够完全模拟货运飞船状态，此外还要保证分离的可靠性，安全地将不同载荷送到不同的轨道上。”王国辉说道。

和谐“车厢” 添彩不添乱

毋庸置疑，长七首飞是此次任务的重中之重，“不能因为组合体的问题影响长七的进度和飞行安全，要做到‘添彩不添乱’。”唐亚刚说，安全性问题是从上到下最关注的事情。

研制之初，组合体上面级成立了以中国科学院院士刘竹生为组长的安全性专家组，从设计之初就对上面级和各个载荷进行把关评估，保证每一个载荷都要“老老实实”的。

“对上面级及每个载荷都要先识别危险源，然后进行安全性设计，并从设计源头进行安全性评估。”王国辉说，在进行安全性验证时，凡是辨识出的危险源，比如推进剂不能漏、发动机不能提前点火、压力容器要保证结构完整性等，都要明确安全性指标，以最苛刻的条件加大验证力度，最终进行安全性验收。

上面级组合体是个“大家庭”，包括高校、航天系统内单位等27家单位参与其中，管理差异大、交叉工作多、多载荷并行测试，这就给“大管家”出了一个难题。

众多单位中，有工业部门也有院校，试验任务有科研也有预研，各自的管理模式不同，研制流程不一样，就连认识和理念也不同。“确实碰到过很多由于不统一带来的问题，所以要对技术状态管理、安全性管理提出统一要求。”

作为抓总单位，“大管家”制定并下发了统一的规范要求，方方面面都提出了统一的标准，着重加强了过程中的监督检查和管理，甚至细化到各单位的报告模板都要统一格式，从而确保首飞万无一失。（李淑姮/文 刘霞/摄）