【天下】文昌发射场:面朝大海 飞向星空
面朝南海的文昌航天发射中心,实现了中国航天发射场从内陆到海洋的跨越。本报记者郑蔚摄
航天安装总队如期建成的文昌发射塔雄姿。(航天安装总队供图)
新的测控指挥大厅,实现了指挥一体化。屠海超摄
特约撰稿 宗兆盾 报记者 郑蔚
2016年6月25日,是中国航天史上浓墨重彩的一天。
这一天,航天人已经盼了很多年。2007年8月,国务院、中央军委批准,在海南文昌建设我国新型航天发射中心。
十年磨一剑。新亮相的文昌航天发射中心,昨天终于夺得长征七号的首飞全胜。文昌与我国已有的酒泉、太原、西昌这三大航天发射中心有什么不同?它的建成对我国航天事业又有什么新的意义?
谋大事者首重布局。文昌航天发射中心主任张振中说,文昌航天发射中心的建成,对我国增强空间投送能力、优化航天发射格局具有里程碑的意义,它标志着我国跨入了世界大吨位火箭发射行列。
文昌航天发射中心党委书记王经中告诉记者:“文昌航天发射中心当然不可能是已有三大卫星发射中心的‘翻版’,它有着自己的定位和使命。”
文昌航天发射中心位于海南文昌市东面的南海之滨。当记者站在龙楼镇铜鼓岭脚下隔海远眺发射场区,只见两座高高的发射塔架耸立在海天之间,两旁是绿油油的婆娑椰林,不由得想起那句诗来:“面朝大海,春暖花开”。
这是因为在文昌航天发射中心的一座测控站,记者看到这八个大字刻在大门口:“面朝大海,仰望星空”。
这是文昌航天人的抱负和情怀。“发展航天事业,建设航天强国。”在21世纪,如果没有航天梦,就难以实现强国梦。文昌,让人更具体真切地感受到 中国从航天大国走向航天强国的决心,以及航天人的信念和奉献。
从内陆到海洋,是胸怀更是使命
北纬19度19分,东经109度48分。这是文昌航天发射中心的经纬度。“我国最早建的航天发射中心是酒泉,其次太原,再是西昌,西昌的纬度是北纬28度。从建设的先后顺序不难看出,我们的航天发射中心是个越来越向南建的过程。”文昌航天发射中心副总工程师毛万标告诉记者,“文昌发射中心更是实现了从内陆向海洋的跨越,跨过了琼州海峡,坐落在海南岛上,有的测控站还建在三沙市的西沙群岛上。”
可真是面朝大海,仰望星空。
航天发射中心越靠近赤道,优势就越明显,这是因为地球同步轨道的高度是36000公里,同步轨道卫星的定点位置就在赤道上空。在文昌发射地球同步轨道卫星,与在西昌发射相比,运载火箭的能力可提高10%-15%,卫星可节省更多的燃料,有望多在轨道上工作两年。
1970年4月24日,我国发射第一颗人造地球卫星“东方红一号”时,卫星质量只有173公斤,近地点高度为430多公里。文昌发射场副主任易自谦说:“而我国未来计划中的更多中高轨道的航天器,都将在文昌发射。我国探月工程虽然是从西昌航天发射中心起步的,但执行‘绕落回’第三步任务的‘嫦娥五号’航天器就将从文昌发射,它降落月面后还将再返回地球,所以必须用重型运载火箭才能完成这一使命。还有我国的火星探测计划,它需要载荷能力更强的重型运载火箭。正是中国要从航天大国迈向航天强国的历史使命,决定了必须在尽可能靠近赤道的海南建新的航天发射中心。”
美国肯尼迪航天中心发射场的位置也在北纬28度,与我国西昌的纬度相近。世界上比我们文昌发射场更靠近赤道的只有地处南纬5度的法属圭亚那库鲁发射场。
酒泉航天发射中心占地面积2800多平方公里,几近小半个上海。而文昌航天发射中心占地面积为18222亩,仅12平方公里多一点。这12平方公里,对我国航天事业的布局来说,可谓“四两拨千斤”。
文昌航天发射中心的专家张庆祝为记者历数文昌发射场的选址优势:“首先是文昌的纬度低,发射效费比高,能够提升地球同步轨道运载能力;其次是射向宽、安全性好,运载火箭可以往南海发射。过去在内陆发射,人口密度大,每逢发射要疏散大量居民群众,即使是成功发射也要影响部分当地民众的正常生活。而且,在文昌发射,火箭残骸落区均在海上。”
这次发射的长征七号是由“远望21”号轮从天津运到文昌清澜港的,“还有就是海运便捷,可行性强,过去长二、长三、长四运载火箭的直径一般为3.35米,助推器为2.25米,还可以用火车运输,而我们未来将发射中型和重型运载火箭,比如,长征五号运载火箭芯级的直径就达5米,火车运输通过隧道桥梁就有困难了。”毛万标说,“你别看我瘦,我进长三甲有的箱间段还转不开身。这次进长五的箭体,里面直径5米,感觉空荡荡的,我嘱咐大家一定要系好安全带。”
布局优化、优势突出,与酒泉、太原、西昌三大航天发射中心形成沿海内陆、高低纬度、各种射向结合互补的科学布局,跃进文昌是我国航天新布局的精彩“落子”。文昌航天发射中心党委书记王经中说:“文昌航天发射中心的建成,从内陆到海洋,不仅体现了大国的胸怀和新的理念,而且有着面向未来的实实在在的需求,它是开启我国航天事业新征程的奠基工程。”
从近地轨道到深空探测,确立世界一流目标
走进文昌航天发射中心办公楼,一楼大堂正中的一条横幅吸引了所有人的目光:“建设世界一流航天发射场”。
这是文昌航天人的雄心和标准:世界一流。
世界民航组织对民用机场的等级划分有统一的标准,从1A到4E,4E等级最高;但航天与民航不同,联合国并没有公布过世界航天发射场的评级标准,因为不同的国家航天发射模式不尽相同。比如,美国肯尼迪航天中心,它在卡纳维拉尔角的发射工位有几十个,一个工位对应某一种型号的运载火箭;而别的国家一个发射工位也许能发射多种不同型号的运载火箭。谁更好些? 只能说各国国情不同,各国都会根据各自运载火箭、发射任务和发射场的不同状况,做出最优选择。
尽管模式不同,但实际上什么发射场称得上世界一流,其国际公认的标准还是有的,就是它必须能执行世界一流的航天任务,才能称得上世界一流的航天发射场。如果只能发射气象卫星,那在今天肯定不能算是世界一流的航天发射场了。必须能承担载人航天、空间站、探月飞行,以及深空探测等航天发射任务,才能称之为‘世界一流’。”毛万标强调说,“能不能成为世界一流的航天发射中心,其实不仅仅取决于发射场本身,它主要是一个国家综合国力的体现。”
文昌航天人将世界一流的建设标准概括为“发射能力强、运载效率优、安全系数高、生态保护好”。
张振中主任说,我们把航天发射场的标准定得高,是因为发射场太重要了。发射场是航天器飞往太空的桥头堡,也是地面确保成功发射的最后一道关口。
一流的航天发射场,其组织指挥能力非常重要。“没有一流的组织指挥,就无法确保在指定的时间完成发射任务。”毛万标说,我们的“嫦娥”探月工程,按最佳的运行轨道计算,发射的“窗口”时间一个月只有3天左右。一旦错过了这3天,再要发射就要等下一个月的窗口期。而从地球前往火星的路途更为遥远,以目前人类的航天技术,飞行时间长达9个月,因此必须选择地球与火星两者处于相对最佳位置时才能发射,以尽可能地节省航天器的飞行时间和推力,所以这个最佳的“窗口”时间可能要近两年才出现一次。如果你错过了这次最合适的“窗口”时间,那下一次发射至少要在近两年后。
“所以,我们首发长征七号的发射目标是:安全发射、准时发射、成功发射。”他说,“没有安全和准时,就不可能是成功的发射。”
当记者跟随专家走进运载火箭垂直总装厂房,对此有了更为真切的感受。
运载火箭垂直总装厂房是发射场的核心建筑,在文昌航天发射中心共有两座,分别供长征七号和长征五号使用。它们是航天中心最高的建筑,酒泉航天发射中心的垂直总装厂房高93.5米,曾是亚洲最高的单层建筑,而如今文昌已经后来居上,达到了近百米。
记者看到,“巍峨”的厂房里,长征七号运载火箭已经在橙红色的大火箭活动发射平台上竖起,上面台体的面积有600多平方米,相当于一个半篮球场,而长征七号运载火箭自身就高达53.1米。专家张庆祝告诉记者:“这个发射平台其实是新型的脐带塔,它的总高度近70米,高度将近于24层楼房。”工作人员正在脐带塔上忙碌,测试着长七的各种数据。
记者走进测控指挥大厅,正对面的墙上是高3.7米、宽21米的大屏幕,整个长七发射、飞行的测控实况将一览无遗。张庆祝说,别的发射中心的测发、测控和指挥系统,都分别建在不同的场所,有的还相距很远,而文昌综合运用大数据系统,把测发、测控、指挥、通信、气象、情报都集中在一起,采用同样的指挥平台、同样的体系架构,各类信息高度融合共享、集成高效,实现了指挥一体化和技术保障智能化。
在测控指挥大厅,记者问:“那个按下红色发射按钮的座位在哪里?”
张庆祝边指给记者看哪个是按发射按钮的座位,边告诉记者:“现在的发射指挥已经实现了计算机控制,在正常情况下,是计算机按预定程序发射,是不需要人工再按按钮的。”
“首飞成功,并不意味着文昌航天发射中心已经‘世界一流’了,这只是我们迈向世界一流的第一步。我们离世界上一流的航天强国还有不小的距离,但‘世界一流’是我们永不放弃的努力方向。”张振中说。
从“三垂一远”到“新三垂一远”:发射效率更高
站在运载火箭垂直总装厂房的楼顶平台,向东遥望,可见2.8公里外耸立着两座发射塔。围绕在每个发射塔四周的是4个120米高的避雷针,因为海南夏天多雷暴。从发射台再往东800米,就是碧绿的南海。
2009年10月,文昌举行航天发射中心开工典礼时,这里还是一片西瓜地。
2010年4月,文昌发射场正式动工兴建。
连接长七垂直总装厂房和发射塔的,是一条拐弯的铁路。长七在此完成所有检测任务后,大火箭活动发射平台通过铁路将它运到高达85.8米的发射塔,然后加注燃料、待命发射。
“航天发射场主要分为技术区和发射区:技术区,主要检测火箭的技术状况,以确保火箭处于良好的状态;发射区,主要承担加注、发射任务。航天发射对安全有很高的要求,所以技术区和发射区不能间隔太近,酒泉发射场的检测厂房与发射塔相距1.5公里,而我们文昌两者相距是2.8公里。”毛万标告诉记者。
“过去在酒泉发射场采访时,得知他们的发射模式是‘三垂一远’;现在听说文昌的发射模式是‘新三垂一远’,两者区别在哪里呢?”记者请教毛万标。
“‘三垂’,就是垂直组装、垂直测试、垂直转运;一远,就是远距离测试发射。”毛万标为记者解惑,“西昌的发射模式是运载火箭经过检测,到了发射塔还要一节节重新组装;酒泉已经先进了一步,实现了垂直转运,到了发射塔无需再重新组装,但在转运的过程中,连接运载火箭的电缆是断开的,到了发射塔必须重新连接、重新测试;而我们文昌直接就在活动发射平台上测试,发射平台上就有一个脐带塔。运载火箭在厂房里测试完了后,电缆不断开,由活动发射平台直接转移到发射区。因为始终保持带电状态,火箭就不需要重新测试,很快可以加注。这样从转场到发射的时间一般只需3天半,将来甚至更短,未来的目标是一天半就可以完成转场、加注和发射。”
发射检测周期的缩短,使文昌航天发射中心具备了长征七号运载火箭年5-6发、长征五号运载火箭年3-4发的发射能力。
脐带塔上还有两个新增加的摆杆,这又是为什么?
“海南气象的一大特点是100米以下浅层风的风速较大。我们在酒泉测过,那里戈壁滩的风速大多是每秒9米,而文昌的风速经常达到每秒20米。为了保证垂直转运的火箭在8级风的情况下也能顺利通过弯道、平稳站立在发射塔下,设计人员为文昌脐带塔专门增加了这两根摆杆。”易自谦告诉记者。
站在发射塔下,再次感受长征七号带来的震撼。由航天安装总队负责建造的这两个发射工位的建设难度极高,仅大火箭活动发射平台的重量就有近2000吨,再加上满载的长征七号运载火箭有600多吨,还要承受长七点火起飞时的烈焰高温和巨大的震动。弯下腰观察发射平台下的导流槽,发现它与太原、酒泉发射工位下的导流槽又不一样:导流槽是干的,不仅没有贮水,而且正中间还有一个尖尖的分流锥。
原来,这是干式锥形双向四流道导流槽。长七运载火箭点火发射时,喷出的烈焰温度高达2800℃。为了降温减噪,发射平台上安装的喷水装置会在运载火箭点火前数秒钟自动喷水,在短短20秒钟内喷水400吨,给发射平台和导流槽降温,分流锥能将发动机喷出的烈焰快速导向两侧,导流槽事先涂有特殊的防高温涂层,再加上喷出的水幕和分流锥的作用,就能快速地降低尾焰的烧灼,保护发射工位的安全。
虽是外行,但直觉让记者觉得文昌比别的发射场要“复杂”,“是不是越现代化的发射场,各种测控保障设施就越复杂?”记者问。
毛万标笑了,“航天发射场是一个系统工程,有运载火箭系统、载荷系统、测控信息系统,还有发射台系统,这几个系统之间各有分工,也要相互配合。我们进行的是‘箭地一体化’设计,发射场的测控厂房、转运发射平台、发射塔的设施建造得尽可能完备些,把那些可以从运载火箭上转移到发射场的功能,尽可能地转移到发射平台上,这就为运载火箭节省下了更多的空间和质量,可以用来提升运载火箭的载荷能力。而且,简单即安全,这么做还可提高运载火箭的安全系数。”
从偏二甲肼到液氧煤油:合练比发射更难
与偏二甲肼、四氧化二氮等传统燃料不同,长征五号运载火箭使用的是液氢液氧推进剂,长征七号采用的是液氧煤油推进剂,其共同特点是无毒、无污染,这是文昌发射场实现“生态保护好”的重要保障。
长征七号使用的液氧温度为-183℃,而长征五号在其重达800多吨的箭体里,90%是-252℃的液氢和-183℃的液氧,于是长五又有“冰箭”之称。
而海南岛属热带温润季风气候,高温、高湿、高盐雾,还有强烈的紫外线,台风雷暴频繁。
张庆祝说,在酒泉发射使用偏二甲肼和四氧化二氮推进剂的运载火箭,我们说火箭有时会“出汗”;而在文昌,火箭里面的液氢液氧是-252℃和-183℃,箭体有时会“结霜”,甚至可能将脐带塔连接的插头都冻住。要是该脱落时脱不下来,这会危及发射安全。
新的保障任务对文昌人是个前所未有的考验,没有现成的经验可以照搬。经过科学预研和反复实践,他们突破了大容量低温推进剂的转运储存难关,创新了大流量低温推进剂并行在线加注技术。
为了确保首发成功,文昌组织了可以说是我国航天史上流程最复杂、组织难度最大、安全风险最高的合练。“长七合练了130天左右,长五合练140天。”易自谦说。
“合练为什么超过了正常发射所需要的周期?”
“合练必须难度更大、模拟的危情更多。正常发射,推进剂加注了不用卸载;而合练必须模拟意外的情况发生,加注后必须卸载,卸载后再加注。”他说。
经过两轮高技术、高难度、高风险的合练任务锤炼,文昌构建起了核心层、骨干层、操作层的成熟人才体系。
“我们航天人才,必须具有‘大国工匠’精神,可能几十年就做一个岗位,但追求的就是把这项工作做到极致。我们有两句话:‘颗颗螺钉连着航天事业,小小按钮维系民族尊严’‘我的岗位我负责,我的岗位您放心’。这就是航天人追求卓越、追求完美的企业文化。”毛万标说。
这让记者再次联想起在发射场看到的话:“面朝大海,仰望星空。”
“我们航天人就该这样,”没想到这位老家是安徽“桐城派”故乡的资深“理工男”,竟然脱口而出海子的诗句:“从明天起,做一个幸福的人/喂马、劈柴,周游世界/从明天起,关心粮食和蔬菜/我有一所房子,面朝大海,春暖花开”,他停顿了片刻,“我们航天人‘面朝大海,仰望星空’,既是我们有着向往星空的科学探索精神,也是为了能让更多的人可以‘面朝大海,春暖花开’。你说,谁不喜欢春暖花开呢?”