三年磨一箭，他们为科学卫星搭“天梯”

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文 ｜ 《中国科学报》 记者 孟凌霄 田瑞颖

“孩子，你非常棒，等会儿好好飞……”


2022年7月27日上午11时许，酒泉卫星发射中心场内，“力箭一号”巍然矗立，杨毅强抱了抱它，做了出征前最后的“叮嘱”。万里晴空下，箭体上的“中国科学院”5个字更显光洁耀目。


杨毅强曾是“长征十一号”火箭首任总指挥，数十年来多发火箭在他的目送下成功远征。但如今作为中国科学院力学研究所（以下简称力学所）空天飞行科技中心主任，对于这次飞行任务，他却感到压力倍增。“力箭一号”是当时国内直径最大、起飞重量最大、运载能力最大、运载系数最高的固体运载火箭，肩负着推动我国运载技术和研制模式变革和创新、促进空间科学发展的重要使命。


12时12分，伴随着“点火”口令，“力箭一号”喷射出熊熊烈焰，腾空而起。来自中国科学院微小卫星创新研究院（以下简称卫星创新院）的5颗卫星和1颗南粤科学星，搭乘专属“天梯”，成功入轨。中国科学院参与此次研制的数百名科研人员在屏幕前高声欢呼。


力学所是我国火箭技术的发源地之一。1960年，中国第一枚探空火箭T-7M在力学所和上海市双重领导的上海机电研究院诞生。那时，钱学森正担任力学所所长。62年后，起源于力学所的火箭，以“力箭一号”为名在力学所圆梦。


如今，“力箭一号”首批搭载的6颗卫星，正为我国开展空间探测、大气密度探测等相关技术验证及试验应用持续提供重要科学支撑。

“力箭一号”首飞圆满成功

“这件事，中国人必须干！”



“航天领域风险过高，还涉及中国科学院的名声，万分之一的失败风险都难以承担。”


“成本投入过大，目前火箭采购服务即可满足需求，何必大费周章？”


2019年初，当中国科学院第一个助推器项目，也就是后来的“力箭一号”固体运载火箭项目立项讨论时，反对声不绝于耳。


彼时，中国科学院承担了许多自主研制项目，亟须进入太空进行验证，却由于火箭发射成本、卫星平台成本等方面的原因无法“上天”。


“‘上天’太难了！”


卫星创新院研究员张永合一直视卫星载荷为自己的“孩子”，每当历数这些因缺乏“天梯”无法进入太空验证的新材料、新技术、新产品时，他都深感痛心。


在和“力箭一号”运载火箭副总师、力学所高级工程师廉洁交流时，他们共同的感受是，国内卫星发射通常以国家遥感、导航、通信等空间基础设施建设为主，有固定的用户、场景和应用目标，而很多新技术和新产品难以纳入国家任务型号的火箭和卫星发射任务中，即使借助国内商业航天的力量，也不能满足中国科学院上百家院属单位的科研需求。


“我们要在降低成本的前提下，实现吨级运载能力，让我们国家的火箭实现快速、远程支持和一键式发射，具备在线容错等功能，达到世界先进水平。”力学所党委书记刘桂菊如是说。


2019年12月，中国科学院正式审议通过“助推运载器系统设计与集成”立项建议和实施方案，并指出进一步加强助推运载器系统的设计与研究，对于推动我国运载技术和研制模式的变革和创新、推动空间科学发展意义重大。


在商业航天竞争中，“力箭一号”将肩负重要出征使命。


在国际低轨卫星市场竞争中，中国面临的形势严峻。2015年、2016年时，中国航天行业讨论的议题还是单星或少数几颗星的技术验证，几千颗星、几万颗星的低轨卫星星座在当时是天方夜谭。


高度400公里到2000公里的近地轨道，总共可以容纳大约6万颗卫星。2019年10月，美国SpaceX公司正式启动星链计划，计划发射4.2万颗卫星。


“这件事，中国人必须干！”杨毅强深知太空对世界大国而言已成战略要地，因此心里始终憋着一股劲儿。

“力箭一号”冲上云霄

创新、创新、再创新



创新、创新、再创新。这是“力箭一号”研制团队一直以来追求的目标。


从项目启动之初，“力箭一号”就计划对标欧洲正在研制的世界最大固体火箭“织女星”运载火箭。欧洲航天局于2014年启动“织女星”火箭研制，意大利、法国等13个国家参与研发，耗资近10亿欧元，历时近10年。而“力箭一号”团队组建之初核心骨干不过几人。更大的挑战是，他们需要在3年多的时间内，将图纸上的火箭变成大国重器送上太空。


为了尽快完成追赶，力学所围绕项目研究需求、整合优势科研力量，组建了多学科跨部门的科研攻关团队。


这支敢啃“硬骨头”的队伍平均年龄只有30多岁，50多名骨干成员中45岁以下的占80％。


“力箭一号”运载火箭副总师、力学所高级工程师朱永泉介绍，航电系统相当于火箭的大脑和神经，在运载火箭飞行过程中控制其稳定飞行并采集传输飞行数据。该团队20多名骨干成员中，90％是“80后”“90后”。


在集中攻关航电系统问题的300多天里，面对200多项难题，这支年轻的小分队白天配合开展正常测试，晚上加班加点排查，每天都要靠朱永泉“轰”，他们才肯走。为了赶工期，办公室的行军床就是他们的“家”。


这支年轻小分队的力量源泉是“坚毅的老兵”，但坚毅的老兵也有脆弱的一面。有一次，杨毅强一进办公室，就看见又多了许多白发的朱永泉抱着头一言不发，良久后才抬头叹气道：“200多个问题，啥时候才能解决完……”


四目相对，两位“老战友”都沉默了。他们知道，必须坚持、唯有坚持；他们更知道自己并不孤单，因为身后还有一个强大的后方。


“‘力箭一号’可以说是集中国科学院全院力量建造的，我们充分利用建制化优势，组建了一支多学科、跨部门的科研攻关团队。”杨毅强介绍，“力箭一号”由力学所抓总，卫星创新院、中国科学院软件研究所、中国科学院空天信息创新研究院等多个单位参与研制，合力攻克了国内首创大吨位箭体水平模态试验等技术难题。


2020年12月，“力箭一号”在陕西白鹿原进行固体火箭发动机地面试验。研制团队争分夺秒地抓紧攻关，终于突破了大吨位固体运载器总体优化设计与试验技术、先进动力系统与推力矢量控制技术、集中分布式现代航天电子技术、低成本箭体结构与分离技术、智慧飞行控制技术、大吨位固体火箭地面使用及热发射技术等六项关键技术。


2022年4月，春和景明，“力箭一号”正式进入飞行试验阶段。在入驻酒泉卫星发射中心前，这支即将奔赴“战场”的团队成立了临时党支部。在力学所举行的出征仪式上，刘桂菊代表力学所党委将一面崭新的党旗郑重地交到了他们手上。

“力箭一号”运载火箭星箭联合体合罩。

驻场百日，一飞冲天



2022年4月20日，酒泉卫星发射中心130号工位。杨毅强目力所及，是“力箭一号”的专有发射工位场景。当装载着“力箭一号”的运输车徐徐驶入场坪时，他心里只有一个念头——向前。


但入场首日，发射中心就传来某公司商业运载火箭发射失败的消息，“不管是哪个公司的商业运载火箭发射失败，我们的心情都很沉重，这意味着某些技术还存在问题。”杨毅强说。


基于“举一反三”的航天传统，酒泉卫星发射中心基地当即要求“力箭一号”等驻场火箭紧急重新排查风险。这也使得原定40到50天内发射的计划，不得已延长到了百天，整个团队在戈壁上创下了最长的驻扎纪录。


为了护航卫星创新院的主星安全进场，卫星总师张晓峰带领17名队员从上海乘坐大巴赶来，在历时74小时、跨越3000公里后抵达酒泉卫星发射中心。


一切就绪后，力学所与中心试验技术部、发射测试站、卫星创新院、上海航天空间技术有限公司共同组建成立了临时联合党委。在党旗下，他们为了圆满完成发射任务而庄严宣誓。


张晓峰不止一次护航卫星进入发射基地，但此次“力箭一号”任务与以往不同，无论运载试验队、卫星试验队还是载荷试验队，所有队员都穿着印有中国科学院标识的服装，服从统一指挥、统一调度。在这里，他们有一个共同的名字——中国科学院“力箭一号”试验队。


端午节前夕，刘桂菊带队前往发射中心。整个测试房内，一切都在有条不紊地进行着。她再次叮嘱队伍把问题想在前面，不带隐患上天，“用必胜的信念迎接试验任务的圆满成功”。


经过漫长的等待，时间终于来到发射前夜。


开完最后一次晚间总结会，杨毅强叮嘱团队成员10点前必须睡觉，但他自己却辗转反侧，脑海中预演着一个个发射时刻。他甚至在脑海中预演了最坏的情况——如果发射失利，他们需要在最短时间内排查故障、判断数据，并在12小时内查明原因。


2022年7月27日6时许，出征时刻。杨毅强一如往常晨起冲凉，穿上试验队服。出门前，他郑重地戴好党徽和臂章，又来了张自拍。


11时许，杨毅强最后一次拥抱即将远行的“孩子”，在开启这趟“一去不返”的旅程前，他不舍却坚定。


回到指挥室，那短短10秒倒计时，却让身经百战的总师、副总师们感到时间仿佛静止了一般。


84秒，一、二级分离！


180秒，二、三级分离！


225秒，三级发动机点火！


605秒，四级发动机点火！


……


发射成功！随着指挥大厅传来火箭发射成功的广播，现场欢呼声、掌声雷动。而杨毅强站在原地，激动得说不出话来。


他们成功创造了历史。“力箭一号”遥一运载火箭，这枚起飞重量135吨、起飞推力200吨、总长30米、芯级直径2.65米、500公里太阳同步轨道运载能力1500公斤的火箭，是当时我国最大的固体运载火箭。它的成功发射，让我国在运载能力、入轨精度、设计可靠性、性价比等方面均迈入世界固体运载火箭领域先进行列。


1303天，151项、761次地面试验，27.73万行代码，646张图纸，850余份项目文件……回忆“孩子”的成长历程，杨毅强坦言，这是试验队200余位航天人勠力同心、三年磨一“箭”取得的共同成果。


发射次日，一切归零。杨毅强像往常一样召集团队成员开会，对此次发射过程进行复盘，举一反三。


“失败是差一点点成功，成功是差一点点失败”，这是悬挂在酒泉卫星发射中心主礼堂前的大幅标语，也是深深刻在“力箭一号”团队每一个航天人心中的警语。


归零，对杨毅强来说，意味着下一个更大的挑战的到来。

中国科学院“力箭一号”试验队的“CAS”合影。

聚“星”成链，逐梦空天



浩渺寰宇中的科学卫星，正源源不断向地面科研人员传送科学数据。


2023年7月27日，“力箭一号”发射的卫星在轨运行一周年之际，“‘创新X’首发星在轨试验总结会”在上海举行。


首飞发射任务搭载的卫星，分别是卫星创新院抓总研制的空间新技术试验卫星、轨道大气密度探测试验卫星、低轨道量子密钥分发试验卫星、电磁组装试验双星，以及上海航天空间技术有限公司研制的南粤科学星。


在这一年间，这些科学卫星在验证新型探测技术的同时，还获得了令人振奋的科学成果。“创新X”首发试验星搭载了20余项新载荷与新技术产品，在轨完成了44项空间新技术验证，部分技术产品已实现推广应用。


由中国科学院国家天文台（以下简称国家天文台）研制的EP-WXT探路者“龙虾眼天文成像仪”莱娅（LEIA）已完成第一轮软X射线全天天图绘制，为后续发射的爱因斯坦探针卫星（EP）积累了宝贵数据和经验。


由中国科学院高能物理研究所研制的高能爆发探索者（HEBS），初步形成了我国首个高能爆发天体监测网。2022年10月，HEBS载荷发现了当时最亮的伽马暴。


由国家天文台研制的46.5纳米极紫外太阳成像仪SUTRI，可以对50万摄氏度左右的太阳过渡区开展全日面动态成像观测，这是人类近半个世纪以来首次在46.5纳米波段拍摄太阳的完整图像，也是我国首次开展太阳过渡区探测……


与此同时，“力箭一号”运载火箭团队正书写着更广阔的未来。


2023年6月7日12时10分，“力箭一号”遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射升空，采取“一箭26星”方式，将搭载的卫星顺利送入预定轨道，刷新了当时我国一箭多星的最高纪录。这批卫星主要用于技术验证试验和商业遥感信息服务。

“力箭一号”遥二运载火箭发射任务圆满成功。力学所供图

2024年1月23日12时03分，“力箭一号”遥三运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，5颗用于科学研究、空间探测、环境普查等领域的卫星成功入轨。


3次发射，搭载运送37颗卫星成功入轨，发射成功率100%，“力箭一号”已经成为我国商业航天主力火箭之一，其技术状态成熟度和可靠性不断提升，将加快我国商业运载火箭航班化发射的步伐。


杨毅强知道，这只是一个开始。未来，“众筹式”“航班化”理念将为更多科研实验提供“上天”的机会。


2024年2月，一则“班车征集令”在力学所科研人员的朋友圈广泛传播：两趟“力箭一号”固体火箭班车将于2024年7月至9月发车，“箭稳价优，预订从速”。


未来已来，但杨毅强从未忘记初心。


“力箭一号”遥一运载火箭发射前夕，杨毅强特意回到力学所，在钱学森的雕像前鞠上一躬，这也是他每次执行火箭发射任务前最重要的仪式。


接过航天先驱的接力棒，一代代航天才俊勇攀科技高峰，共铸大国重器，为一颗颗熠熠生辉的科学卫星搭建坚实的“天梯”，照亮科技强国的新征程。