中國航天新年再出發,2021年發射次數有望突破40次
2021年02月22日11:16

  來源:中國紀檢監察報

 圖為科研人員在進行風雲四號星箭對接工作。(資料圖片)
 圖為科研人員在進行風雲四號星箭對接工作。(資料圖片)

  探索浩瀚宇宙,發展航天事業,建設航天強國,是我們不懈追求的航天夢。1月20日,天通一號03星在西昌衛星發射中心順利升空,為2021年中國航天發射帶來“開門紅”。2月15日,天問一號火星探測器成功實施捕獲軌道遠火點平面機動,開創了中國航天的又一個“第一次”。

  2021年是“十四五”開局之年,中國航天正式開啟“十四五”發展新徵程。回首“十三五”,嫦娥登月、北鬥組網、“天宮”攬勝……中國航天在問鼎蒼穹的道路上奇蹟不斷、成果喜人。奮進“十四五”,航天事業將擁抱更璀璨的星空。《中共中央關於製定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》提出,加快壯大航空航天等產業,瞄準空天科技、深地深海等前沿領域,實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。星空浩瀚無比,探索永無止境。新一年,中國航天發射有哪些新的計劃和任務要完成?面對新任務、新挑戰,航天團隊有哪些應對方案和技術創新?圍繞相關問題,記者近日對中國航天科技集團一院總體設計部總體室主任牟宇、中國航天科技集團八院風雲四號總設計師董瑤海、中國航天科工集團“行雲工程”總設計師劉蕭磊、中國航天科工集團航天信息股份有限公司智慧產業本部總經理郝金平進行了採訪。

 圖為我國空間站建設計劃示意圖。(資料圖片)
 圖為我國空間站建設計劃示意圖。(資料圖片)

  2021年發射次數有望突破40次,運載火箭生產從定製化向批量化發展

  問:“十三五”時期,中國航天發射取得了豐碩成果。“十四五”時期,特別是今年,我們有哪些新的計劃和任務要完成?

  牟宇:“十四五”期間我們最大的一個項目應該就是國家現在正在推進的載人空間站工程。具體到今年,除了載人空間站的發射,包括核心艙的發射,還會有載人飛船、貨運飛船的發射以及一些商業衛星,包括通信衛星、遙感衛星等的發射。整個加起來,今年的年發射次數有望突破40次。

  問:近年來,我國的航天發射任務十分密集。今年預計又是一個發射高峰年,面對這樣高強度的發射任務,我們的火箭研發單位做了哪些準備?如何保障發射任務高效順利完成?

  牟宇:過去,我們國家的火箭發射一年也就兩三次,現在一年能發射幾十次,這充分彰顯了我國在航天科技領域的強大實力。為了保障高密度發射任務的順利完成,近年來,相關單位從多個方面進行改進升級。

  首先是人力資源方面的保障。為了應對高密度的發射任務量,近年來,我們持續推進崗位融合,通過崗位融合和輪崗培訓等方式,讓工作人員擁有“一人兼多崗”的業務能力。這樣的好處是能夠儘量精簡參與每項發射任務的人員數量,從而能分出更多人參與其他項目,完成更多的發射任務。比如以前,一個發射試驗,我們單位需要15到20個人去發射場,現在由於一個人具備多個崗位的能力,人員可以減少三分之一左右。

  此外,我們還對發射流程進行了優化。以往去發射場,時間最長能達到六七十天,比如像長征三號甲系列火箭的發射。近年來,我們努力讓發射過程中的各個流程更加精簡,儘可能壓縮每一次發射任務所耗費的時間。現在,我們完成一次發射任務最快僅需17到20天,我們一年能執行更多任務,實現比以往更高密度的發射。我們也對一些操作規程進行了進一步規範和精細化,推行更多電子化操作,通過規範化的操作規章提高操作質量和效率。現在,我們還有大量的發射工作需要由火箭的設計人員去現場保障。未來,我們要建立專業的測試發射保障隊伍,減少依賴設計隊伍保證測試發射的情況,把我們的設計人員從發射保障中解放出來,專心開展研製工作,為更多的火箭研發任務提供支援。

  其次是信息技術方面的保障。我們利用新興信息化技術手段,實現了遠程測試發射。今年,在包括空間站建設在內的幾大航天工程的發射任務中,我們都會應用這種遠程測試發射手段。通過這一技術,工作人員在北京就能對文昌或酒泉發射場的火箭進行遠程測試、數據判讀以及數據確認,極大提高了工作效率。

  最後是生產和產品製造環節的保障。過去,火箭院的運載火箭一直是小批量生產,一般都是在任務正式下達後,才開始設計、生產、總裝測試等一系列流程,生產效率比較低。從前幾年開始,我們開展了一項名為“百發批產”的工作,對火箭去任務化、產品去型號化,把火箭傳統的定製化生產模式轉變為批量化的生產模式。所謂“百發批產”,就是按照百發的量提前去確定相應設計基線,並對設計、生產、試驗等產業化綜合能力進行超前謀劃。這使得我們整個火箭生產能力得到進一步提升。

2月10日,在北京航天飛行控制中心,航天科研人員在監測“天問一號”探測器工作情況。新華社發(國家航天局供圖)
2月10日,在北京航天飛行控制中心,航天科研人員在監測“天問一號”探測器工作情況。新華社發(國家航天局供圖)

  “十四五”期間力爭實現火箭發動機推力400多噸級的提升,突破10米級箭體結構的設計和製造

  問:運載能力是國家航天實力的直接體現。近年來,我們在火箭技術上科研創新不斷,下一步,我們在提升火箭運載能力等方面將有哪些新的突破點?

  牟宇:近年來,我們一直在持續不斷地提升火箭的運載能力。從長征五號運載火箭的成功首飛到“嫦娥”等飛船的圓滿發射,再到“天問一號”火星探測以及載人空間站建設的順利實施,都得益於火箭運載能力的不斷提升。

  從型號的角度來說,“十四五”期間,我們將持續推進新一代載人運載火箭和重型運載火箭的研製。這兩型火箭的成功應用,將大幅提升我國航天器進入外太空的能力。就新一代載人運載火箭而言,我們的目標主要是依託現有的箭體結構以及發動機水平,採用更先進的技術,進一步提升其負載能力。而對於重型運載火箭,則要突破現有火箭的直徑以及發動機的推力,研製出有更大牽引力的發動機,使火箭的近地軌道運載能力達到150噸,也就是現役長征五號運載火箭的6倍左右,以此為後續更遠距離的深空探測以及將來可能的月球基地建設等提供支援。

  目前,這兩個型號的火箭還沒有立項。所以,我們在“十四五”期間的任務,一是實現新一代運載火箭的立項和首飛,另一個是突破火箭研製過程中的關鍵技術。

  從關鍵的技術上來說,首先,運載能力的提升簡單說來就是要讓火箭的推力更大。而推力更大就意味著火箭發動機的能力更強。所以我們也在持續推進大推力、無汙染的發動機的研製,希望能實現發動機推力400多噸級的提升。

  其次,我們要儘可能精簡火箭本身的一些結構和部件,使得火箭的運載能力能更多地用在有效載荷上。在這一塊,我們可以採用一種大直徑的箭體結構。目前,我們箭體的最大直徑是5米,後續我們要突破10米級箭體結構的設計和製造。同時,我們會在火箭製造上採用一些新材料,比如鋁鋰合金這種復合材料,它比現有鋁合金材料和鋼材料的性能更好,能使火箭的結構重量更輕。

  最後,我們要持續提高火箭的總體設計水平。一是要提高精細化的設計水平。以前,為了使火箭的運載能力能應對各種偏差,我們會進行一種基於偏差的設計,在不知曉偏差大小的情況下,為確保發射的成功,我們只好將偏差取得更大些,也就是留出更多設計餘量。但這樣也會造成火箭運載能力的不足。現在,我們試圖通過提升設計的精細化水平,把這部分餘量拿出來。二是要加強多學科、多專業的融合設計。以往各個專業的設計都要留有設計餘量,這些量加在一起就是一個很大的數。而融合設計可以使各專業的餘量實現共享,減少整體的設計餘量,使火箭的運載能力得到進一步提升。

  晨昏星、微波星、降水星“風雲”再起,我國的颱風預報達世界一流水平,天氣預報和氣象災害預警能力進一步提升

  問:2021年,我國計劃發射風雲四號B星和風雲三號E星2顆衛星,在此基礎上,“十四五”時期還要再發射5顆風雲氣象衛星。這些衛星在功能上有什麼不同的分工?如果它們全部順利運行,對我國的氣象觀測能力的提升有怎樣的助益?

  董瑤海:“十四五”期間計劃發射的這5顆風雲衛星,有3顆屬於風雲三號系列,有2顆屬於風雲四號系列。風雲四號B星和C星是和地球同步軌道的,它們的功能是可以在高空中一直“盯著”我們國家這片區域進行氣象監測,而且性能指標和測量精度比之前更高,各方面技術也更成熟,使我們短期天氣預報和區域天氣預報更加精準有效。

  風雲三號有2顆衛星是和太陽同步軌道的,其中一種為晨昏軌道,比如風雲三號E星。它是風雲衛星家族中特殊的新成員,其觀測時間為早晨5點至7點,也就是晨昏時間,這一獨特的觀測時間使這類衛星能夠看到更多參數,對改進天氣預報有重要作用。值得一提的是,中國風雲三號E星將是全球第一個在晨昏軌道業務運行的極軌氣象衛星。另一個叫作風雲三號降水星,屬於專用衛星,專門測量全球中低緯度地區降水情況。

  另外我們還在研發更多高性能的氣象衛星,比如即將立項的微波星,它的主要目的是監測颱風和大暴雨。其實颱風災害的破壞力並不完全在於它的強度,更重要的是它的內部三維結構,恰好這是光學儀器觀測不到的,但微波星可以借助新增的毫米波亞毫米波探測儀,完成颱風影響區域的內部溫濕度結構觀測,還可以結合其他氣象衛星儀器觀測颱風周圍無雲區域,獲取大氣三維溫濕度分佈。

  目前,我們國家的颱風預報已經達到世界一流水平。對於登陸中國的颱風,我們已經達到登陸前20小時、50公里登陸精度的預報水平。精準預報的基礎是我們能夠獲得很多觀測數據,這些數據大部分源自於氣象衛星以及地面的監測雷達。

  “十四五”時期,隨著風雲系列氣象衛星隊伍的進一步擴大,我們國家天氣預報和氣象災害預警的能力都會有進一步提升。在災害預警方面,風雲系列衛星將會致力於更多氣象災害的預測,比如火災、乾旱、霧霾等。有數據顯示,我們國家約70%的自然災害來自於氣象災害,每年因氣象災害造成的經濟損失達上萬億元。氣象預報能減少30%左右的損失。

  我國首個天基物聯網星座在2023年前後完成,達到全球“萬物互聯互通”

  問:“行雲工程”是我國首個自主投資建設的衛星物聯網工程,去年發射了兩顆衛星並開展了一系列試驗。請您介紹一下這一工程2021年的發射計劃。這一階段的組網任務完成後,將會給我們的生活帶來一些什麼變化?

  劉蕭磊:我國首個天基物聯網星座——“行雲工程”計劃分三個階段完成建設,在2023年前後完成由80顆低軌通信衛星組成的星座,以有效解決目前地面物聯網業務因地面蜂窩通信網絡覆蓋率嚴重不足而導致“通信盲區”的難題。2021年上半年,航天行雲科技有限公司抓總研製的1顆交通VDES試驗星將發射升空;今年下半年,行雲公司還計劃發射“行雲工程”第二階段首批6顆衛星。

  以前,我們地球上的物聯網通信技術主要依賴於建設地面通信基站及其形成的網絡。但是,因受海洋、沙漠、高山等各種客觀環境的限製,當前僅有5%的海洋面積和20%的陸地面積被地面蜂窩通信網絡的信號覆蓋了,大部分區域都處於缺少地面通信網絡有效覆蓋的狀態。想要實現地面通信基站無法實現的全球通信網絡覆蓋,就需要天基(衛星)物聯網來幫忙了。

  天基物聯網又稱為低軌道衛星通信系統,簡單來說,就是我們人類發射衛星上天組成一個空中通信網絡,以天上的衛星作為通信基站,為地面用戶提供物聯網通信傳輸服務。因為衛星始終運行在地球上方,所以通過衛星來傳輸各種數據,不會受到天氣、氣候、海洋、高山等特殊因素影響,即使在沒有地面網絡信號的極端情況下,依然能夠實現全球範圍內無障礙的實時互聯互通,可以更廣泛用於海洋、沙漠、無人區、高山等目前地面通信基站無法覆蓋的地域,達到真正的全球“萬物互聯互通”。

  涵蓋疫苗的新一代藥品追溯監管協同平台等更多航天智慧產品服務民生,產品國產化改造加速

  問:高質量發展是我國“十四五”時期經濟社會發展的主題。在您看來,我們的航天發射如何貫徹新發展理念,實現高質量發展?

  牟宇:我個人理解,所謂“高質量”,就是不盲目追求規模的增大或者說堆砌規模,而是通過效率的提升實現更高層次的發展。對於航天來說,高質量發展有兩大層面的意義,一個是質量要高,這就需要產品的設計水平和我們的自主創新能力要更高。在這方面我們實際上目前也在嚐試著開展一些像飛行故障診斷和容錯重構等技術的發展和應用,希望能夠在火箭飛行的過程中有效感知火箭的健康狀態,並通過實時感知推斷出火箭可能出現的一些故障,從而及時對任務進行新的規劃和控制的重構。這種容錯能力的提高,可以提升火箭飛行的可靠性,這是我們實現“高質量”的一個方向。

  第二個其實我剛才也提到了,就是火箭生產要從傳統的定製化向批量化發展。通過流水線生產,實現航天產業化、規模化的進一步提升。

  第三個方面可能就是我們科研水平和能力的提升。比如在火箭設計中通過信息化手段的應用,通過一些自主可控軟件的開發,以及多專業融合、多學科優化,提升我們的設計水平和仿真預測的能力等等。

  問:近年來,許多的航天智慧產品走進普通人的生活,滿足了人民群眾對美好生活的追求。新一年,將有哪些新的航天智慧產品或應用推出?作為技術密集型產業,我們在“十四五”時期將如何進一步提升自主創新能力?

  郝金平:圍繞國家經濟社會高質量發展的主題,2021年,我們將在醫藥領域研究新一代藥品追溯監管協同平台,涵蓋疫苗、特藥、普藥的全鏈條追溯以及監管協同,為藥品監管部門、衛生健康委員會、藥品生產經營企業等提供可實現精準監管、企業自查自治等服務的智慧藥品服務雲。在物資儲備方面,圍繞政府應急物資儲備管理,籌備全國多個省份物資儲備監管平台及儲備庫管理系統建設。此外,我們正在深度挖掘包括邊檢查驗在內的口岸場景需求,研製口岸全場景產品。

  利用國家自主創新條件,我們將以區塊鏈、大數據和人工智能技術應用發展為核心,加速系統和產品的國產化改造,推動產業不斷升級。

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