| ——访长征二号FT1火箭总指挥刘宇、总设计师荆木春
在我国载人航天的发展史上，长征二号F火箭是一枚战功赫赫的明星火箭，有着“神箭”之称。
之所以赢得这样的美誉，在于它曾经7次问鼎长天，将7艘神舟飞船和6名航天员成功送入太空。在长征系列运载火箭家族中，它的可靠性设计指标最高，达到了0.98。
2011年，随着载人航天工程首次空间交会对接任务大幕的开启，长二F火箭又承担起了新的历史使命——助力天宫一号目标飞行器和神舟八号无人飞船的“太空相会”。
“皇冠”用上冯·卡门曲线
高高的个子，优美的身形，头戴一顶“避雷针”式的尖塔“小帽”……这位“白马王子”是传统状态下的长二F火箭。“小帽”则是保护航天员安全的“生命之塔”——逃逸塔。当危急情况发生时，它能够让航天员瞬间逃生、安全返回。
据火箭总指挥刘宇介绍，为了适应我国空间站建设的需要，火箭系统对传统状态的长二F火箭进行了较大幅度的改进。新火箭的技术更改项达170多项。这几乎就是一枚全新的火箭。但考虑到名称的延续性，火箭的名字没有更换，只是被称为长征二号FT1火箭。
长征二号FT1火箭具有发射目标飞行器和飞船的两个状态，运载能力分别为8.6吨和8.1吨，比传统状态的“长二F”提高了0.6吨和0.1吨。由于目标飞行器不载人，发射这一载荷的火箭取消了逃逸塔装置。
“在发射‘天宫一号’时，火箭外形上的最大变化在整流罩，不仅长度由先前的10.7米增至12.7米，最大直径也由先前的3.8米增至4.2米，而且前锥段还采用了流线型的冯·卡门曲线。”火箭总设计师荆木春认为，火箭的“大脑袋”将是发射时最吸引公众眼球的重大变化。
众所周知，整流罩位于火箭顶端，有着火箭的“皇冠”之称。火箭升空前，整流罩在地面保护飞船、卫星等航天器，保证它们对温度、湿度、洁净度的要求。而在火箭升空穿过大气层时，整流罩又可以使它们免受气动力和气动热损伤。可以说，整流罩在整个火箭系统中起着非常重要的作用。
荆木春所说的冯·卡门曲线与一位美国工程力学大师密切相关。冯·卡门——世界航天技术理论的开拓者，也是我国航天之父钱学森的老师。
1941年，在钱学森一篇论文的基础上，冯·卡门发表了著名的高速飞行中机翼压力分布的计算公式——“卡门—钱近似”。这一公式在二战期间及战后很长时间，被广泛用于飞机翼型设计。冯·卡门曲线，便是基于这一公式画出的曲线。
“整流罩的增大加长，与‘天宫一号’的体积密切相关。‘天宫一号’比神舟飞船的体积大。”荆木春说，“整流罩头部设计采用冯·卡门曲线的意义在于更好地减小空气阻力，减轻载荷影响。”
然而，冯·卡门曲线整流罩的生产，却并非如探囊取物般容易，具有很高的技术难度。荆木春解释说：“与以前不同，冯·卡门曲线头部展开之后并不是一个平面，涉及很多复杂的加工工艺以及材料成型的问题。”
长征二号FT1火箭研制团队在进行了一系列艰苦的工艺攻关、论证后，才最终将采用冯·卡门曲线的整流罩从理论变成现实。
除了整流罩的外形变化，火箭箭体结构系统的助推器内部顶端形状也发生了变化，由原来的椭球型变成锥形。荆木春表示：“这样做可以承载更多推进剂，使火箭的运载能力提高100多公斤。这对载人航天工程有着不小的贡献。”
与先前的长二F火箭相比，长征二号FT1火箭控制系统的一个重大更改是，取消原先的气浮陀螺平台，采用两套惯组作为测量装置。这是为了满足交会对接任务对火箭入轨精度和可靠性等多个方面的要求。
优化流程执行“首飞”标准
从1999年神舟一号飞船完成首飞，到2008年“神舟七号”航天员成功出舱、太空行走，在近10年时间里，长二F火箭共完成了7次飞行。而在未来10年，它将迎来更加高强密度的发射。
如何应对高强密度发射？刘宇表示，首先想到的招数便是火箭“组批生产”。
在正常情况下，一枚长二F火箭的生产周期需要3年。而若采用组批生产，火箭的平均生产周期将大大缩短。
“组批生产既能满足高密度发射要求，又可以避免火箭多种状态，便于对产品质量进行统一控制。”刘宇说。
此次执行空间交会对接任务的5枚火箭就属于组批生产。其中，2枚用于发射目标飞行器(包含1枚备用)，3枚用于发射神舟飞船。2008年，当发射神舟七号载人飞船的长二F火箭完成使命后，研制队伍就开始着手这一批次火箭的生产了。
“新的火箭有两种状态，可以稳定地使用至少10年。”刘宇说，“这为长二F火箭的组批生产提供了大前提。”
虽然是组批生产，但5枚火箭的工作进度却各不相同。
“我们就一支队伍，头绪很多，非常忙碌。”刘宇说，“在长二F火箭的高强密度发射时代，优化工作流程显得非常迫切。”
早在3年前，火箭研制队伍就做了一个针对交会对接任务的策划方案，将研制过程中可能遇到的矛盾点识别出来，通过合理安排有效分解开，并每年根据实际情况加以调整。
在研制过程中，他们还通过“合并同类项”的方法，极大地提高了工作效率。比如，将5枚火箭分成两批，对每批中的火箭同时进行验收等。这些措施为火箭研制工作有条不紊地进行提供了重要保障。
尽管工作多线并进、千头万绪，但火箭研制队伍的原则是“要求不降、标准不降”。由于长征二号FT1火箭几乎等于一枚全新的火箭，研制队伍一直按照“首飞”的标准对其进行质量控制。
“首飞”是一个行业词汇，指航天型号首次飞行。通常情况下，首飞的型号要经历一道又一道复杂、严格的质量程序。
按照“首飞”标准执行，长征二号FT1火箭研制队伍虽然增加了很多工作量，却为火箭质量和安全多上了一重“保险”。毕竟，长二F火箭是中国航天史上第一次有明确的0.97可靠性和0.997安全性指标要求的运载火箭。它的质量直接关系到航天员的生命安全。
正如这支队伍所言：“火箭和飞船(目标飞行器)就像一对跳芭蕾舞的男女演员。人们都愿意欣赏女芭蕾舞演员的优美形体动作，但那一定建立在男芭蕾舞演员的有力托举上。”（索阿娣 李冠礁 王娟）
来源：中国航天报
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