北斗收官卫星宣布推迟风险解析:火箭燃料加注,进入不可逆程序

北斗卫星导航系统自1994年发展至今已有整整26年历史,截至目前已经成功发射58颗入轨卫星,北斗一号、北斗二号、北斗三号分别对应北斗工程三步走发展规划:第一步建成提供中国境内导航服务的北斗一号双星有源定位系统,第二步建成覆盖亚太的北斗二号区域导航系统,第三步建成覆盖全球的北斗三号导航系统。北斗一号已于2000年建成投入使用,目前已经退役,北斗二号已于2012年建成投入使用,北斗三号将于今年建成并向全球用户提供服务。

58颗北斗卫星发射做到了发发成功颗颗入轨的100%成功率,同时也成就了长征三号甲系列金牌火箭美名。

按照原计划最后一颗北斗三号GEO静止轨道导航卫星瞄准6月16日10时11分至10时50分时间窗口前沿实施发射,也就是“零窗口发射”,这是系统组网要求,也是卫星轨道位置要求。

最后一颗组网卫星的收官任务属性也赋予此次发射非同寻常的意义,各大官方媒体也提前两天针对此次发射任务进行高频高调报道,这一待遇此前仅有载人航天工程与嫦娥探月工程享受过。

然而航天发射从来都是高风险任务,即便在北斗导航卫星100%发射成功率条件下也不可避免地面临各类技术风险。就在临发射前数小时北斗工程官网突然宣布,发射北斗三号最后一颗全球组网卫星的长征三号乙运载火箭在临射前测试过程中,发现产品技术问题,发射任务推迟,发射时间待定。

在距离北斗三号全球组网仅有一步之遥之际遇此突发情况,这究竟是怎么回事?目前官方尚未披露更多详细信息,但从已经披露的消息中也可以体会一二。

按照传统惯例火箭一般会在临发射前48小时加注燃料,而加注燃料就意味着火箭进入“不可逆”状态,加注时间点越往后推迟对任务实施越友好,便于发现问题解决问题,因此今次发射加注燃料时间缩短为临发射前24小时,根据央视最新披露消息可知在火箭推迟发射前助推器与芯一二级已经进入加注燃料环节。

执行此次发射任务的是长征三号乙改三型遥七十二运载火箭,“改三型”属于增强运力型号,与长征三号乙标准型相比,芯一级加长1.488米,助推器加长0.768米,改进措施使得推进剂增加了将近20吨,地球同步轨道运力也从5.1吨升级至5.5吨。

长征三号乙目前已知加注燃料的助推器与芯一二级采用的燃料是四氧化二氮与偏二甲肼,此种燃料有剧毒、强腐蚀属性,一旦加注就进入不可逆状态,如果泄出就意味着火箭箭体报废,需要更换新箭体。

历史总是惊人的相似,1992年3月22日长征二号E运载火箭在与执行此次北斗三号GEO卫星同一发射工位遭遇“中止发射”故障,火箭点火7秒后发动机启动紧急关机的刹车操作,在这一过程中火箭发生位移,火箭底座支撑机构仅有几毫米余量空间,可以说差一点造成箭毁人亡悲剧。

技术人员冒着燃料剧毒危险,进入发射塔架抢险灭火,在险情尚未完全排除情况下实施了星箭分离操作,将卫星从发射塔架上卸载下来,后来排空燃料的长征二号E遥二箭体直接报废。

长征三号乙与二十八年前长征二号E遭遇的中止发射相比,有相同之处,但更多的还是不同之处。

长征三号乙与长征二号E都是长征二号丙火箭的徒子徒孙,长征三号乙是在长征二号丙基础上增加四枚助推器与氢氧燃料的芯三级而成。

长征二号E则是在长征二号丙基础上增加四枚助推器而成,就构型而言长征三号乙芯三级以下构型与长征二号E极为相似,使用燃料也都是偏二甲肼与四氧化二氮。

长征三号乙属于高轨运载火箭,因此加装了进行高轨机动的芯三级,该级火箭使用的是无毒无污染的氢氧燃料,长征二号E则是近地火箭,因此没有氢氧三级。

以上是两型火箭构型的相似与不同之处。

长征三号乙遥七十二是在发射前探明问题,没有进入点火发射流程,因此火箭一二级即便完成燃料加注,也还有很长的时间余量用于选择新的时间窗口发射。某型液体燃料东风快递已经可以将偏二甲肼与四氧化二氮燃料加注储存时间延长至一个月,而长征三号乙芯三级使用的是无毒污染的氢氧燃料,即便释出燃料也可以二次加注。

今年早些时候,SpaceX公司猎鹰9号运载火箭也遭遇类似当年长征二号E火箭的发射中止危机,释出燃料后又择机圆满实施了发射任务,这是无毒无污染类燃料的性能优势,也是我国为什么一定要发展包括长征五号、长征五号乙、长征七号、长征六号在内新一代无毒无污染火箭的原因。

通过上述分析可知以下结论:

1.即便助推器、芯一级、芯二级完成四氧化二氮与偏二甲肼剧毒燃料加注,也仍然有较长时间余量用于排故并选择新的时间窗口发射;

2.即便遭遇最坏情况,释出助推器与芯一二级剧毒燃料,也可以在短时间内更换新的箭体实施发射,这主要得益于长征三号甲系列火箭去任务模块化生产工艺。

3.在临发射前探明问题没有进入点火后中止发射环节,表明中国航天面对危机挑战能力的进一步提升。

历史总是惊人相似的不仅仅只有长征二号E,2007年4月14日前北斗二号首发星也在同一工位遭遇卫星应答机故障。

北斗工程三步走发展规划中,第一步建成的双星有源定位系统属于试验系统,并没有纳入北斗导航系统发射序列,因此北斗一号通常被称为“北斗导航试验卫星系统”,该系统与后来的北斗二号、三号有着明显的不同之处,后两者采用的是无源定位机制。

就在北斗二号首颗星发射之前,我们与伽利略导航系统产生了频率与轨道位置之争,2000年我国在国际电信联盟申请到了频率与轨道位置,按照规定需要在7年有效期内发射卫星,并成功接收信号,同一时期伽利略系统也发射了卫星,但卫星并没有发射争夺的频率信号,因此北斗二号抢在有效期内发射就显得至关重要。

北斗二号工程立项时间是2004年,也就是说我们只有三年时间,通常情况需要五年,为了在有效期窗口内实施发射,北斗工程团队高效攻关,极大缩短了型号研制时间,最终赶上了2007年四月初的发射窗口,而就在火箭完成吊装准备发射之际,突然出现卫星应答机故障。

绝不带着问题上天是我国航天自半个多世纪前东风二号导弹首飞失败之后就定下的铁律,工程技术人员在卫星已经进入发射塔架情况下连同整流罩将卫星卸载下来,并在72小时内完成了排故工作,火箭最终于当年4月14日顺利发射,卫星经过轨道机动后于4月17日成功进入预定轨道,当第一颗北斗卫星发送指定频率信号之际距离国际电信联盟规定的七年截止时间仅剩4个小时。

这四个小时时间差可以想象当时技术人员面临多么巨大的压力,火箭与卫星都属于大系统工程,牵一发动全身,任何一处失误都可能导致失败,没有当年72小时连轴转的拼命精神,北斗导航触达全球的路程将更加艰辛。

自长征二号E火箭中止发射至今已有28年时间,如今的中国航天工程能力对比当年已有质的飞跃,火箭型谱更加完善,不再是非此即彼的艰难抉择,长征五号、长征五号乙、长征七号等新一代火箭赋予我们位列世界前三甲的进入空间能力。

载人航天工程、嫦娥探月工程都已经进入收官环节,嫦娥五号月球采样飞船将于今年下半年实施发射任务,天宫空间站也已经进入在轨建造环节,不仅如此我们更是敢为天下先的将于下月发射一步实现绕落巡火星的天问一号飞船。

航天实力增强有目共睹,但与之伴随成长的航天软实力建设却是另一番景象,当年长征二号E遥二火箭发射任务是我国首次航天发射电视直播,看到中止发射画面的亿万观众无不痛心疾首,很多人发来电报、信件指责那一时期的中国航天人,第一时间送来鼓励的却是外方专家团队,因为他们正是在数以百次的失败中成长起来。

航天探索本就是一条荆棘丛生的探险之路,神舟飞船之父戚发轫一个月前关于如何面对航天失败问题的一段话值得每一位热心航天的朋友们深思:

既要宽容和允许失败,也要承认失败,更要善于总结失败的教训。建设航天强国的目标任务很重,所以需要格外强调创新。如果谁都不敢第一个吃螃蟹、不去冒风险,那就无法暴露问题、无法取得进展。我们应有这样的意识:新的东西,可能成功,也可能失败;取得创新成果是成功,失败找到了原因也是成功。只有坚持自力更生,不断提升自主创新能力,才能推动我国航天科技实现跨越式发展。

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全部评论

高嘞高06-17 21:28

要是美国太狠呢?

無心_心無06-17 21:08

这要看华为能不能玩下去,目前是低端fpga加海思芯片替代。同创28流片成了后要和华为配合才能替代中端。如果美国不弄这么狠,是订单大增。

高嘞高06-17 20:59

兄弟,我问个问题,5g建设,紫光同创是不是应该订单大增啊?