航天科普:“風暴”一號運載火箭
風暴一號(代號:FB-1)是中國航天科技集團公司所屬上海航天技術研究院抓總研制的一型兩級液體運載火箭,主要用于地球低軌道衛(wèi)星發(fā)射。 風暴一號火箭是在長征二號火箭的基礎上改進設計,采用四氧化二氮/偏二甲肼作為推進劑。風暴一號于1970年啟動研制,1972年8月10日首次發(fā)射獲得基本成功,1973至1974年兩次發(fā)射失利后,1975年7月26日,風暴一號成功發(fā)射“長空一號”電子偵察衛(wèi)星。1982年風暴一號火箭停用。 風暴一號是我國首次成功完成‘一箭三星’發(fā)射的的運載火箭,使我國成為了世界上第三個掌握了“一箭多星”技術的國家,表明我國已經掌握了導彈分導式多彈頭技術。 上海作為我國的老工業(yè)基地,由于已經有了亞軌道探空火箭和地空導彈的研制經驗,以及上海本身工業(yè)基礎條件比較好,人才優(yōu)勢比較突出。1969年8月14日,周恩來總理做出指示:上海不僅可以搞導彈,也可以搞火箭和衛(wèi)星,還可以搞洲際導彈。根據周總理的這一指示精神,同年10月31日,中共中央、國務院、中央軍委向上海下達了“701工程”任務,任務中主要包括由上海抓總研制大型運載火箭和軍用電子偵察衛(wèi)星?;鸺麨椤帮L暴”一號,電子偵察衛(wèi)星命名為“長空一號”。 風暴一號的原型是七機部一分院正在研制的遠程地地導彈,改型后為二級火箭。上級要求一定要在1970年完成初樣。任務明確后,上海立即抽調一批骨干去七機部學習,調集圖紙資料,隨后七機部還支援了上海一些技術人員。 1969年,中共中央、國務院、中央軍委向上海下達了“701工程”任務,任務中包括研制風暴一號運載火箭。研制大推力運載火箭需要進行多次冷熱試車,為此要建設一個液體火箭發(fā)動機試車臺。經過多方勘察,工程指揮部最后選定湖州郊外的金雞山麓,并將該建設工程命名為“七〇一三工程”。 1970年2月,“七〇一三工程”建設項目啟動,歷經兩年時間,試驗規(guī)??蛇_400噸推力的大型運載火箭液體發(fā)動機試車臺,連同土建工程、專用設備制造和設備安裝調試全部完工。 1972年8月10日,風暴一號火箭進行了首次發(fā)射,并獲得了基本成功,驗證了火箭總體設計方案的基本正確,各系統(tǒng)工作協(xié)調,為正式發(fā)射長空一號衛(wèi)星打下了扎實的基礎。 1973年9月,風暴一號第二次飛行試驗未成功。 1974年7月,風暴一號第三次飛行試驗未成功。 1975年7月26日,風暴一號成功發(fā)射長空一號衛(wèi)星,衛(wèi)星質量1107千克,為當時中國發(fā)射成功的最重衛(wèi)星。 1975年12月16日,風暴一號成功發(fā)射長空二號衛(wèi)星。 1976年11月10日,風暴一號因故障再次發(fā)射失敗。 1977年9月14日和1978年4月16日,風暴一號進行過兩次地地低彈道飛行試驗,由酒泉基地飛向新疆的沙漠地區(qū)。 1978年,風暴一號又因新的故障發(fā)生,造成試驗失敗。 1979年7月28日,風暴一號火箭攜帶3顆空間物理探測衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地起飛。火箭一級、二級主機工作正常,但在滑行段飛行中游動發(fā)動機推力下降,直至起飛后297秒自行關機?;鸺K因飛行姿態(tài)失穩(wěn)在空中自毀。 1981年1月25日,風暴一號主機200.1秒正常關機后游動發(fā)動機繼續(xù)工作直至3600秒正常關機,試驗取得成功。 1981年9月20日,風暴一號火箭點火起飛,經過7分20秒,3顆衛(wèi)星按照設定的程序逐一與火箭分離,進入各自預定的軌道。一箭三星發(fā)射終于獲得了成功,也是風暴一號火箭的最后一次發(fā)射。隨后,我國對火箭的研制發(fā)射任務作了調整,上海不再繼續(xù)研制風暴一號,其成熟的技術融入和延續(xù)到了上海后來研制的長征四號系列火箭中。 在風暴一號的11次發(fā)射中,共成功7次,失敗4次。 風暴一號運載火箭全長為32.57米,箭體直徑為3.35米,起飛質量192.7噸,火箭由一、二子級組成,除箭體結構外,箭上裝有控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、跟蹤測量系統(tǒng)、安全自毀系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和電源配電系統(tǒng)等設備。 風暴一號總體布局 一、二子級的布局與長征二號乙基本相同,主要不同處在火箭頭部,為使衛(wèi)星免受大氣層氣流沖刷,風暴一號在衛(wèi)星外部裝設了球錐形整流罩。儀器艙位于二子級前部,前端與衛(wèi)星及整流罩相連,儀器艙殼體作為其支承件,內部裝有控制系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)、安全自毀系統(tǒng)的大部分儀器。其他儀器安裝在箱間段、級間段及尾段艙體內部。 風暴一號設計近地軌道運載能力為2噸,起飛推力為280噸。經過20多個月的試驗、改進、修改、優(yōu)化、再試驗、再改進,終于基本設計試制完成。 風暴一號的箭體結構由整流罩、儀器艙、推進劑貯箱、級間段、箱間段、尾段等部分組成。箭體結構的主要材料是鋁合金。 一子級結構 一子級箭體結構由級間段、氧化劑貯箱、箱間段、燃料貯箱、后過渡段和尾段組成,級間段由級間殼段和級間桿系兩部分不同的結構構成。 二子級結構 二子級箭體結構由儀器艙、氧化劑貯箱、箱間段和燃料貯箱等部分組成。 燃料貯箱和氧化劑貯箱均為承力式結構,都由橢球形前、后底和較短的筒段構成。貯箱內都安裝有防晃板、消漩器、增壓兼安全溢出管、液位傳感器、溫度傳感器等。 衛(wèi)星整流罩 風暴一號的衛(wèi)星整流罩由端頭帽、前錐段、圓柱段組成。端頭帽由玻璃鋼纖維材料制成,具有良好的無線電透波性。前錐段和圓柱段是由金屬蜂窩材料制成,倒錐段由化銑合金材料制成。如果需要,無線電透波窗口和操作窗口可以在柱段和前錐段上開口。 星箭對接 風暴一號改進型火箭可以提供標準的937B和1194機械接口,衛(wèi)星的下端框與火箭的有效載荷支架的上端框對接,通過包帶來鎖緊。也可以提供爆炸螺栓型接口。 推進系統(tǒng) 風暴一號采用由液體火箭發(fā)動機、泵壓式推進劑輸送系統(tǒng)和自生增壓系統(tǒng)組成的推進系統(tǒng),使用自燃推進劑,氧化劑為四氧化二氮,燃料為偏二甲肼。 一子級系統(tǒng) 一子級推進系統(tǒng)由組合發(fā)動機、推進劑輸送系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、火工品及電纜、機架等構成?;鸺l(fā)動機由4臺獨立的單機通過機架并聯(lián)而成的組合發(fā)動機[3]。 二子級系統(tǒng) 二子級推進系統(tǒng)由推力室、渦輪泵、渦輪工質供應系統(tǒng)、推進劑供應系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、火工品及電纜和機架等組成[3]。 一箭三星 風暴一號為了保證用1枚火箭發(fā)射成功3顆衛(wèi)星,首先通過重新組織全箭振動試驗,準確掌握了多星狀態(tài)下的結構動力學特性;合理設計衛(wèi)星結構和安排三顆衛(wèi)星的位置,改進穩(wěn)定系統(tǒng)使具有更大的靈活性和寬裕度,解決了多星的火箭結構動力學問題。第二是通過精心安排衛(wèi)星的分離程序,增加反推火箭的數(shù)量、調整反推火箭的位置,合理安排衛(wèi)星的位置和分離方向,確保衛(wèi)星分離時不發(fā)生碰撞,不被燃氣污染,可靠地進入各自的軌道。第三是通過嚴格控制慣性器件引起的誤差和改進制導方法,提高了入軌精度。此外,通過挖潛提高了火箭的運載能力,提高衛(wèi)星的軌道高度,以延長使用壽命。 ??風暴一號飛行程序 時間(秒) 事件 時間(秒) 事件 T-3.00 一子級發(fā)動機點火 T+137.156 衛(wèi)星整流罩分離 T+0.00 火箭起飛 T+233.622 二子級主發(fā)動機關機 T+7.00 程序轉彎開始 T+416.822 二子級游動發(fā)動機關機 T+123.156 一子級發(fā)動機關機指令(預令) T+421.822 星箭分離、二子級反推 T+125.856 二子級主發(fā)動機點火 T+422.322 二子級反推、轉動 T+126.856 一子級分離、二子級游動發(fā)動機點火 發(fā)射記錄 ??風暴一號發(fā)射記錄 序號 發(fā)射時間 發(fā)射場 載荷 軌道 備注 1 1972.8.10 酒泉 試驗配重 近地 成功 2 1973.9.18 酒泉 科學實驗衛(wèi)星 近地 失敗[9] 3 1974.7.12 酒泉 科學實驗衛(wèi)星 近地 失敗[9] 4 1975.7.26 酒泉 長空一號科學實驗衛(wèi)星 近地 成功 5 1975.12.16 酒泉 長空二號科學實驗衛(wèi)星 近地 成功 6 1976.8.30 酒泉 長空二號科學實驗衛(wèi)星 近地 成功 7 1976.11.10 酒泉 科學實驗衛(wèi)星 近地 失敗 8 1977.9.14 酒泉 試驗配重 近地 成功 9 1978.4.15 酒泉 試驗配重 近地 成功 10 1979.7.28 酒泉 實踐二號甲/乙 近地 失敗 11 1981.9.20 酒泉 實踐二號甲/乙 1985年,風暴一號以“液體地地戰(zhàn)略武器及運載火箭”名義榮獲國家科技進步特等獎。 風暴一號運載火箭的研制成果為中國航天國防事業(yè)做出了重大貢獻。風暴一號火箭成功發(fā)射“一箭三星”是使我國成為了世界上第三個掌握“一箭多星”技術的國家,也因此意味著,我國由此自己掌握了導彈多彈頭技術,我國的戰(zhàn)略威懾進入了一個嶄新的領域。由于國家對火箭的研制發(fā)射任務作了調整,上海不再研制風暴一號,其成熟的技術融入和延續(xù)到了上海后來研制的長征四號和長征二號丁等系列火箭中。 風暴一號火箭成功進行了由上海研制的端頭再入大氣層的耐高溫燒蝕考核試驗,為以后我國洲際導彈飛向太平洋打下了良好的基礎。