5月8日，在天津大火箭基地的裝配廠房內，“長征七號”遙一火箭被緩緩放入特制的海運集裝箱里，它將搭乘“遠望21”航天運輸船，經過1800海里，抵達海南文昌航天發(fā)射中心，并于6月下旬首飛，完成我國載人航天工程空間實驗室階段 4 次飛行任務的開局之戰(zhàn)。
這段看似普通的歷程，承載著中國航天很多的第一次：這枚“長征七號”火箭是天津大運載火箭基地總裝并送出的第一枚火箭，這是長征系列火箭第一次由海路整體運往發(fā)射場，這也是海南文昌航天發(fā)射中心即將發(fā)射的第一枚運載火箭，將翻開中國航天低緯發(fā)射的新篇章。
這么多的第一次是怎么完成的?“長征七號”有哪些新特點?中國首座海上航天城——文昌現(xiàn)在又準備得如何?
新火箭“三板斧”
“長征七號”是我國載人航天工程為發(fā)射貨運飛船而全新研制的運載火箭，和正在測試的“長征五號”火箭一樣，是我國新一代運載火箭中的大個子(總長達53.1米)，而且本事大。
“長征七號”的本事首先就體現(xiàn)在運載能力上?！伴L征七號”采用液氧煤油發(fā)動機等新技術，近地軌道運載能力由9噸提高到13.5噸，雖然比“長征五號”25噸的運載能力少了近一半，但術業(yè)有專攻，“長征五號”主要用于運載重型空間站和載人航天任務，“長征七號”則用于發(fā)射人造衛(wèi)星、拉貨或者載人。
中國航天科技集團公司第一研究院負責人打了個形象的比方，原有的火箭運載能力相當于“一居室”，伴隨空間站、深空探測、更大規(guī)模衛(wèi)星平臺的需求提出，需要更大的“三居室”，甚至“小別墅”?！伴L征五號”“長征七號”等新型火箭將基本覆蓋我國在所有軌道的應用，其中，“長征七號”未來將承擔我國航天80%的發(fā)射任務。
其次，“長征七號”是一枚采用環(huán)保無毒的液氧煤油發(fā)動機的大型液體運載火箭。以前，火箭使用的發(fā)動機單臺推力70噸左右，火箭運載能力僅有9噸，而且用的推進劑還有毒?！伴L征七號”使用新型120噸級液氧煤油發(fā)動機，推力提高了六成，火箭運載能力最大能提高3倍。此外，發(fā)動機使用的是液氧和煤油，都是無污染的環(huán)保燃料，不僅比常規(guī)推進劑便宜六成，且易于存貯和運輸，發(fā)動機還能重復使用。
正因為這些優(yōu)勢，液氧煤油發(fā)動機被譽為世界航天動力領域的“珠穆朗瑪峰”。為了研制它，從2000年正式立項，到2012年120噸級發(fā)動機研制成功，再到正在研制的500噸級大推力液氧煤油發(fā)動機取得突破性進展，中國航天科技集團公司六院的科學家先后經歷過整機試車4次失敗的打擊，突破了高壓補燃關鍵技術80余項，使我國成為世界上繼蘇聯(lián)之后，第二個掌握高壓補燃技術的國家。
再次，“長征七號”是我國首枚全生命周期的數(shù)字火箭。按照中國航天科技集團中國運載火箭技術研究院原黨委書記梁小虹的說法，“長征七號”采用三維協(xié)同、設計、試驗和制造，火箭全研制流程沒有一張紙質圖紙，代表了國內運載火箭最高研制水平。
例如，在研制階段，中國航天科技集團公司一院實現(xiàn)了三維設計數(shù)據審簽、發(fā)放和更改技術狀態(tài)管理，全箭模型數(shù)據規(guī)模超過20GB。
生產加工階段更是神奇實現(xiàn)了“一鍵式”加工。據梁小虹介紹，以前加工某零部件，首先要根據二維圖紙畫出工序草圖、手工編制工藝規(guī)程，然后進行車、銑、鏜等系列工序?，F(xiàn)在，只需按動數(shù)控機床按鈕，成品即刻完成，且合格率達100%。在航天703所的生產車間，呈現(xiàn)仿真視頻和三維工藝流程的終端大屏幕顯示器如今成了標配，讓火箭生產越來越高大上。
在試驗、裝配階段，“長征七號”還應用了時髦的虛擬現(xiàn)實技術，對火箭進行虛擬裝配、虛擬試驗，真實模擬火箭實際裝配和試驗環(huán)境，提前預見可能發(fā)生的問題，確保了火箭試驗、裝配一次成功。
能耐如何煉成?
“長征七號”的本領不是天生就有的，而是經歷了千錘百煉的試驗。據統(tǒng)計，從2010年正式立項，5年的初樣研制中，研制隊伍完成了32 項關鍵技術攻關，完成了289項初樣大型地面試驗。
例如，“長征七號”的助推氧化劑箱的直徑達到2.25米，整箱長度由此前的4.5米增加到13米，薄區(qū)厚度僅1.7毫米，和雞蛋殼差不多厚，是火箭研制生產中難度最大的部分之一。為此，科學家們不僅要研發(fā)各種成形、焊接的新技術，還要對其進行動力系統(tǒng)試車、常溫靜力試驗、爆破試驗等危險測試。
例如，去年底進行的全箭模態(tài)試驗，需要把50多米高、近600噸重的“長征七號”綁在全箭振動塔上“蕩秋千”，以模擬火箭從起飛到助推器分離前100多秒的真實飛行狀態(tài)。
要做到這一點，首先需要建造足夠高的廠房。而在2008年，中國航天人進駐天津大運載火箭基地時，這里只有幾個工棚。如今，這個全箭振動塔建筑面積達10230平方米，高93米，相當于30多層樓房的高度，最大承載力為1500噸。科學家們將“長征七號”用16根垂下來的粗鋼絲繩和底部的工裝托住，整個實驗過程就如同坐在“秋千”上，當然，這種振幅遠不如蕩秋千那么大，甚至用肉眼都不易覺察。
再比如噴水實驗。一般來說，火箭點火起飛時，箭體尾部噴出的火焰幾乎“直擊”發(fā)射平臺，使發(fā)射平臺瞬間接近3000攝氏度。這一溫度足以熔化絕大多數(shù)金屬和非金屬材料。火箭外殼、火箭發(fā)射平臺雖然由特殊材料制成，但高溫也很可能會對其內部的儀器造成影響。
經過多次實驗，科學家們終于尋找到最為合適的噴水點。據中國航天科技集團公司一院15所大流量噴水降溫降噪系統(tǒng)技術負責人陳勁松介紹：“噴水系統(tǒng)分兩級。一級位于發(fā)射平臺上，在火箭發(fā)動機點火前向發(fā)射平臺噴灑一層5厘米厚的水層;二級位于發(fā)射平臺兩旁5米高的空中，當火箭飛達5米高以后向箭體尾部火焰中心噴水。兩級噴水設施將各噴20余秒，完成400噸的噴水量。”
出海坐“沙發(fā)”
“長征七號”如今正在前往海南文昌航天發(fā)射中心的路上。其大致運輸線路是這樣的：火箭裝載進運輸船后，船從天津港出發(fā)，經渤海、黃海、東海、臺灣海峽、南海、瓊州海峽等海域，經過5至7天時間、航行約1800海里，到達海南省清瀾港西碼頭，再通過公路運往火箭水平轉載準備廠房。
可以發(fā)現(xiàn)，和以往坐火車不同，“長征七號”這次走的是海路。為什么要海運?在“長征七號”火箭總體設計人員王旭看來，公路運輸距離過長且顛簸;鐵路運輸則由于受中國鐵路隧道直徑的限制，超過3.5米直徑的火箭就不能通過;海運則顯得更為平穩(wěn)、舒適。他比喻說：“火箭從公路、鐵路運輸，就像坐‘硬板床’;乘船從海上運輸，就好似坐‘沙發(fā)’?！?/p>
具體來說，火箭運輸是否平穩(wěn)，有一個重要的考量項目——過載環(huán)境。王旭表示，“過載環(huán)境就像開車時加速行駛或緊急剎車，過載環(huán)境差就會危害火箭的結構?！笨茖W家們在首次海運過程中詳細記錄了起錨、起航、拋錨、靠港以及多種海況下的過載環(huán)境數(shù)據和振動環(huán)境數(shù)據，結果表明，海運的過載環(huán)境數(shù)據不僅優(yōu)于設計值，而且僅為鐵路運輸過載環(huán)境數(shù)據的1/3、公路運輸?shù)?/2。
火箭運輸是否舒適也有一個考量——振動環(huán)境。測試數(shù)據表明，在海運過程中，低于3級海況時，“長征七號”火箭表現(xiàn)得較為平穩(wěn);出現(xiàn)4級至5級海況時，箭體振動環(huán)境相對惡劣。專家表示，即使這樣，這方面的數(shù)據也優(yōu)于公路、鐵路運輸?shù)膶崪y數(shù)據。
值得一提的是，為了讓“長征七號”出海坐得舒服，我國還專門研制了第一艘載運火箭的專用船——“遠望21”。它創(chuàng)新設計出一整套運載火箭海上環(huán)境保障措施和火箭集裝箱減搖減振手段，成功地使火箭貨艙內始終維持適宜的溫、濕度及鹽霧度。
