这个帅气“高个子”不一般
武勇江 本报记者 安普忠 王凌硕 岳雨彤
2021年3月12日，中国文昌航天发射场，随着一道绚丽的尾焰划过天际，长征七号A运载火箭点火升空，将试验九号卫星成功送入预定轨道。
长征七号A运载火箭的成功发射，拉开了2021年我国新一代运载火箭发射大幕，标志着我国新一代中型运载火箭家族又添新成员。
今天，让我们一起走近“长征家族”新成员——长征七号A。
“亲兄弟”使命大不同
作为长征七号系列运载火箭的“新成员”，长征七号A有着鲜明的家族特征，也是个帅气的“高个子”。但仔细对比，人们会发现许多不同的地方。
作为长征七号的“亲兄弟”，长征七号A全长60.1米，高出长征七号7米之多。
原来，长征七号是一型“二级半”构型的火箭，而长征七号A是一型“三级半”构型的火箭，后者多出一个第三级。
所谓“二级半”，就是指火箭的芯一级、芯二级再加上助推器这个“半级”。长征七号A作为“三级半”，自然是多出了一个“芯三级”。多出的“芯三级”模块，主要是为长征七号A提供飞往更高轨道的动力。
为了更好地完成未来高轨卫星发射任务，长征七号A的整流罩柱段高度为5.5米，比长征七号整流罩柱段高度8米矮了一点。这一变化，是由于火箭有效载荷由货运飞船变成了卫星。
提起这个“新成员”，该火箭工程总指挥孟刚相当自豪。2018年3月，研制团队开始对火箭方案进行深化论证。2019年12月，该型火箭就完成了出厂评审。可以说，它是在长征七号基础上，与长征三号甲系列火箭三子级组合形成的“三级半”火箭，是我国新一代中型运载火箭的主力构型。它的成功研制，填补了我国运载火箭地球同步转移轨道5.5吨至7吨运载能力的空白。
如果说长征七号是我国新一代中型运载火箭的代表，获得了载人空间站“货运专列”的称号，那么长征七号A就是一名填补运载能力空白的“高轨新兵”。
“长征七号A的成功发射，进一步丰富了长征系列运载火箭的型谱，不仅实现了我国中型运载火箭的更新换代，还将有力带动和牵引我国未来大、中型卫星的升级换代。”孟刚说。
“三突破”成就好技艺
虽然长征七号A继承了长征七号和长三甲系列火箭的成熟模块，但其研制过程绝非简单的“搭积木”。
“研制团队在关键技术上先后实现‘三突破’，为火箭成功发射奠定了基础。”长征七号A总设计师范瑞祥说。
关键技术的突破之一——大长细比火箭姿态控制技术。
长征七号A外形修长，是我国长征系列火箭中长细比最大的火箭。这给火箭姿态稳定控制增添了很大难度。
长征七号A总体设计师沈丹介绍，日常生活经验告诉我们，又细又长的硬东西大都容易折断，火箭也是如此。表现在长征七号A上，就是其基础频率降低。因此，火箭受到推进剂晃动等因素影响产生的耦合效果就更加明显。
为解决这个问题，研制团队采用“移花接木”的方式，将长征七号合练箭和长征三号甲工艺贮箱进行旧品利用，组装出一枚全箭模态用火箭。通过全箭模态试验，掌握了火箭弹性频率。在此基础上，研制团队开展控制系统姿态控制参数设计，并通过数学仿真和半实物仿真验证，确保火箭姿态稳定和控制精度达标，以满足任务要求。
关键技术的突破之二——高精度高空风场测量准实时双向风修正技术。
细长的火箭在穿出大气层时，每时每刻都会受到高空风干扰，升空后有“拦腰折断”的风险。对此，研制团队研发了高精度高空风场测量准实时双向风修正技术。该技术可以根据发射前数小时测量的高空风，调整火箭穿出大气层的飞行姿态，让其沿着最佳路径“顶风前行”，从而减少火箭折断的风险。
关键技术的突破之三——适应典型故障模式的制导控制技术。
国际航天领域的一项数据表明，导致火箭飞行失利的原因中，动力系统故障约占一半。如何在火箭发生故障条件下，通过控制系统自适应来实现其“起死回生”，成为近年来航天界的热点话题。
研制团队通过积极探索，在长征七号A上，采用一种更为智能的制导方式——适应典型故障模式的制导控制技术。火箭会根据位置、速度等信息，自行规划出一条最优飞行路径。此项技术的应用，使我国火箭控制技术达到了国际先进水平。
除此之外，长征七号A还采用了助推不分离和芯级不摇摆技术。世界上绝大多数火箭的助推器在完成使命后都会与第一级分离，我国其他长征系列火箭也是如此。有了这项技术，长征七号A可减少一套分离机构，大幅降低了分离系统的复杂性，提升了火箭的可靠性和经济性。这在国际上尚属首次。
“新成员”将派新用场
“长征七号A发射成功，是火箭研制历程中的一个重要里程碑。但这只是一个新起点，后续工作任重道远，仍然需要我们奋力拼搏。”孟刚说。
