火箭专家:发射如打靶 每次须十环

来源:广州日报、中国火箭研究院   2017-09-06 16:04   

长三甲火箭总设计师姜杰格外忙碌。近期长征三号乙运载火箭将承担起“北斗三号”卫星送上天的重任。


56岁的姜杰戴着金边眼镜,几乎每个第一次见到她的人都有些惊讶,很难把眼前温婉、娴静的女子与火箭联系在一起。可在发射火箭时,她似乎变成了另一个人,条分缕析、沉着冷静。作为中国航天领域的首位女院士,她也被亲切地称为“火箭女神”。


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自1983年从事火箭研制工作以来,姜杰潜心钻研、爱国奉献、勇于创新,在火箭飞行控制、可靠性等方面做出了开创性贡献,开拓了火箭直接入轨发射深空探测器、中高轨卫星的新领域,为长征三号甲系列火箭进入世界同类火箭发展前列做出了突出贡献。

她突破了火箭三维大姿态飞行控制技术,实现了火箭从固定轨道面到三维空间各种轨道发射的跨越;

突破了发射高轨卫星直接入轨的火箭上面级技术,实现了从发射转移轨道到直接进入工作轨道的跨越;

突破了火箭直接地月转移轨道发射技术,实现了火箭从地球轨道到星际轨道发射的跨越;

突破了火箭控制系统高可靠性设计技术,促进了火箭从航天工程试验到高可靠发射的跨越。

担任总设计师以来,姜杰迎战了史上最高密度火箭发射任务,主持研制的发射任务均获得成功。

姜杰荣获国家科技进步奖、国防发明专利等多个奖项,是探月工程、北斗导航卫星工程突出贡献者,是新世纪百千万人才工程国家级人选,并培养出了一批技术骨干。

下半年送“北斗”双星上天

“研制上面级的直接需求就是为了‘北斗三号’全球组网。”姜杰说,届时先由长征三号乙把“远征一号”及两颗卫星送到转移轨道,再由“远征一号”把卫星送到工作轨道。“长征三号乙/远征一号”组合、“长征三号丙/远征一号”组合累计成功发射3次,并将总计4颗新一代北斗导航卫星送上天,验证了高轨卫星直接入轨发射技术。


姜杰说,在长征三号乙这三级火箭上又增加了能独立飞行控制的一级火箭,叫做上面级,也称为太空摆渡车。以前发射导航卫星咱们一期工程,北斗一期工程,火箭是发射到转移轨道,靠卫星自己变轨,进入工作轨道,卫星自己就要带动力系统。而增加了上面级以后就可以把卫星直接送到工作轨道。


但风险也是相当大的。最近几年,俄罗斯运载火箭的发射先后出现了6次重大失败,其中5次是上面级惹的祸。美国的航天大国从20世纪五六十年代就开始发展上面级技术,未来在我国探月探火等深空任务中,上面级就将发挥重要的作用。


所以,每次火箭发射的前一个月,姜杰都处于高度戒备状态,基本上都会“闭关”,一秒钟的偏差都有可能给火箭的发射带来难以预计的影响。“就算是之前有过成功发射的经验,那也并不能代表这一发火箭就一定会成功。”


火箭内部由电子系统操作,每一个零部件都是人工安装完成,这就要求在几万个零部件中不能有一点偏差,连每个螺丝钉拧多大力量都有着严格要求。此前美国的一次火箭发射失败就是因为一个小小的连接杆出现了问题导致火箭爆炸。

火箭就像接力赛中的第一棒,必须跑好

火箭的能力有多大,中国进入太空的能力就有多强。

姜杰说:“火箭就像接力赛中的第一棒,必须跑好,才能让探月工程、北斗导航卫星、通信卫星,以及对地观测系统发挥作用。你说你能失败吗?”


因此,成败关系全局,可同事眼中的她却好似“举重若轻”。

喜欢挑战、敢啃硬骨头,大家常常这样评价姜总。

还记得“嫦娥三号”月球探测器的奔月之旅好比坐“电梯”——一步到位,火箭需要将它直接送入近地点高度200公里、远地点高度38万公里的地月转移轨道,这对入轨精度提出了很高的要求。

姜杰说:“如果把火箭发射比做‘打靶’,以往的发射任务,允许我们打三环,但这次必须打十环。”

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一次次挑战,就是一次次创新和超越。

姜杰带领科研人员首次采用了“双激光惯组加卫星导航修正”的复合制导技术。
“就像给火箭安了两只‘眼睛’。一只眼睛让火箭按照设计好的轨道飞行,另一只眼睛精确计算最佳途径,随时修正。”姜杰说。

2013年12月2日,长三乙火箭托举“嫦娥三号”奔向了遥远的月球。

当卫星入轨参数传回时,姜杰激动万分。入轨精度正中万里之外的“靶心”,这让我国的“金牌火箭”实力迈上了一个新高度。

一年有1/3时间在试验场

但荣誉背后是艰辛的付出。“我们航天人是没有假期概念的,忍受的是常人难以想象的压力,火箭发射必须成功,不能失败。”姜杰已经记不清自己有多少年没有休过假了。


发射场的各项准备工作事关成败,容不得半点闪失。与此同时,在北京的评审、装配等也直接关系到发射进度。作为火箭总设计师的姜杰只能在发射场和北京之间来回奔波。经常,姜杰一个月要在北京与西昌之间往返三四趟。


火箭发射多在深夜,发射成功后,不管多晚,姜杰总是最后一个离开指挥大厅。她要仔细分析火箭飞行参数,总结得与失。30年间,火箭厂房和发射地是姜杰最熟悉的地方,忙起来她的时间安排得以小时计算。


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由于常年出差,姜杰对家人有着太多的亏欠。有一次从试验场回来,她突然发现儿子长高了一截,像个大人一样和她说话。那一刻,她觉得自己作为一个母亲特别失职。


每次在试验场,她都对自己说,成功后回去多陪陪家人。可是,一投入到新的工作中,将自己的承诺就抛在脑后了。姜杰说,航天是高科技高风险的事业,所以你要想把它干好,就得全神贯注。

顶重压36小时除重大故障

高密度发射带来的风险也是可想而知的。长三甲遥十火箭首次采用系统级冗余,技术状态变化大,研制周期短,百密难以避免一疏。有一次,控制系统在试验场第四次总检查时发现了程序配电器软件方面有故障。发射在即,但故障却迟迟未找到。在当时那种情况下,如果不能在72小时内发现故障并解决,这次发射任务就要取消,那随之而来的损失将是非常巨大的。这也意味着数百名工程人员长达数月的辛苦准备也将付诸东流。重压之下,姜杰顶住压力,组织发射试验队员迅速定位问题,组织专家进行评审,开展软件修改和试验验证工作。她往返于西昌到北京之间,36小时之后,问题得到了解决。


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但即便到了这个时候,依然有人信心不足。火箭到底要不要发射?姜杰的态度很坚定,一定要如期发射。“我们要对自己的产品有信心。”但至今回忆起当时的那一幕,姜杰坦承,当时面临的压力还是相当大的。发射的前两晚,她都整夜没睡。“睡不着啊。压力太大了,感觉一夜之间白头发都多出很多。”


最终,长三甲遥十火箭精确地将卫星送入预定轨道。巨大的压力在那一刻得以释怀,她拥抱着同事热泪盈眶。“航天是一项高风险行业,我们就是要把风险降到最低,不让火箭带一丝隐患上天。否则,带来的将是巨大的损失。”

医生世家走出航天科学家

出生于哈尔滨的姜杰1974年跟着父亲来到北京。父亲是北京721医院的医生。姜杰有时听父亲和朋友们聊天时,会谈到导弹、火箭、外太空,从那时起,她就对航天产生了兴趣。


1977年,16岁的姜杰高中毕业。为了让大女儿“继承衣钵”,父亲为姜杰联系了一所护士学校。这在当时是一条让很多女孩都梦寐以求的路。仅仅过了半年,恢复高考的消息传来,但彼时,姜杰已经在护士学校报到。但她不甘心就这样与大学失之交臂。


“完全不知道要考什么,怎么考尤其是化学,几乎有一半题做不出来。我当时以为考砸了,这辈子也上不了大学了。”在忐忑中度过了一个月,高考放榜,她考了320分,高于重点线40多分。但在填报志愿时,她又跟父亲发生分歧。父亲希望女儿做一名医生,而姜杰却执意要报考国防科技大学的自动控制系。后来父亲还是妥协了。“他知道我的个性,虽然表面看起来文静,但我定下来的事是九头牛也拉不回来的。”姜杰笑着说。


姜杰出身“医生世家”。父亲和母亲均为医生,妹妹和弟弟也继承了父母的“衣钵”。“他们连后来找到的另一半也都是医生,只有我一个人走了条和他们完全不同的路。”姜杰说,她非常感谢父母给了她选择自己人生道路的机会,没有强迫她也去做一名医生。


大学毕业后,姜杰如愿进入航天系统,来到航天科技集团一院12所,从事计算机辅助设计工作。当时很多人并没有注意这个腼腆的小姑娘。可是没多久,大家发现,实验室里每天来得最早的是她,走得最晚的也是她。

1988年,姜杰研究生毕业后,成为了12所的一名研制人员,开始正式接触“长三甲”系列型号。“我很幸运,能够从一开始就完全介入‘长三甲’系列。并且得到了龙乐豪、邵崇武等前辈的指导,所以我是站在巨人的肩膀上看世界。”