|
| 研究“神六”任務保障方案 |
|
| 由總裝某研究所設計的發射塔先後6次成功託舉神舟飛船飛向太空 |
酒泉。中國人飛向太空的起點。據解放軍報報道，10月12日9時，中國人再一次爲這裏升騰的雲霧和直刺蒼穹的火龍而喝彩。可是，有誰知道那磅礴聳立的發射塔、佈局科學的發射場出自何人之手呢？總裝備部某研究所，作爲載人航天發射場系統的總設計師單位，他們用18年的心血和智慧設計建造了“中國載人航天港”，也因此獲得了“通天路上架梯人”的美譽。
中國特色：從“三垂一遠”到“二合一”
1992年9月，黨中央決定實施載人航天工程。作爲中國酒泉、西昌、太原三大衛星發射場設計者的總裝某研究所，已經完成發射場系統概念性論證，又展開了技術、經濟可行性論證研究，最終將目光鎖定在酒泉。酒泉——“兩彈一星”的元勳們在茫茫戈壁灘上打磨出的明珠，以其獨特的地理和技術保障條件再次幸運地成爲託舉第一代中國航天人巡遊太空的母港。
中國過去的航天發射採用的都是水平測試、水平分級運輸、發射工位垂直組裝的發射方式。這種發射模式與世界先進水平相比有較大差距。爲了適應載人航天的需要，縮短髮射週期，提高發射可靠性，論證組提出：借鑑世界最新發射工藝流程，採用以垂直整體運輸爲中心，包括在廠房內進行垂直總裝、垂直測試的“三垂”模式，並藉助現代信息技術，在整個測試發射流程中實施遠距離控制。
從“平躺”到“站立”，一個技術模式的突破冥冥中似乎也昭示着中國載人航天事業的“雄起”。在“三垂”新模式下，火箭和飛船在技術區垂直組裝、測試之後，整體垂直運輸到發射區加註發射。由於組裝測試一直在垂直工作狀態完成，避免了重複組裝測試和狀態改變，既提高了發射可靠性，縮短了發射工位佔用時間，又減少了發射費用。在室內進行組裝測試，能夠較好地滿足航天飛行器對環境和防雷安全的要求，提高了測試質量。“三垂一遠”一下子將火箭運抵發射工位到可發射的時間縮短爲3天。
爲進一步提高發射頻率，降低發射成本，該所還提出了另一個關鍵性的方案：兩個垂直總裝測試工位對應一個發射工位的“二合一”方案。如此一來發射場就可以同時準備兩枚船箭組合體，並在一定時間內相繼發射，從而把連續完成兩次發射的時間縮短到一週之內。這不僅可以滿足將來空間對接的需要，而且可以減輕遠洋船隊出海測量的費用。如果將來載人航天發射場投入商業應用，還可以極大地降低發射成本。
載人航天發射場建設是一個極其龐大複雜的系統工程，除垂直總裝測試廠房、發射塔架外，還有垂直整體運輸軌道、燃燒劑和氧化劑庫房及加註系統、導流槽、飛船及有效載荷測試間、測試指揮大樓等等。爲了早日在世界載人航天領域佔有一席之地，該所調集精兵強將組成攻關組，反覆設計論證，在很短時間內拿出了一套技術先進、工藝流程合理、發射模式安全可靠，具有中國特色的載人航天發射場總體技術方案。2000年，該技術方案獲全軍科技進步一等獎，同時獲得全國優秀設計金獎。
中國奇蹟：打造“綠色”通天雲梯
進入21世紀，世界載人航天事業在躑躅中奮力前行。作爲航天器出征太空的母港，發射場如何兼顧環保、安全、可靠及可持續發展的要求？如何減耗增效日漸成爲各國航天科技工作者關注的焦點。
作爲特種工程，中國航天發射場系統的許多項目沒有先例可循。在保證先進、可靠的同時，要降低投資，提高經濟效益，就必須圍繞“綠色理念”大力展開科研攻關。該研究所在整個發射場系統工程中，先後組織完成了垂直廠房結構體系研究等重大科研課題研究14項，投入科研經費近800萬元，創造直接經濟效益6000餘萬元。
垂直總裝測試廠房是發射場的核心建築，是垂直髮射模式的標誌。要在戈壁灘上建造一座近百米高、中間沒有任何樓板拉通的巨型建築物，這在中國乃至亞洲建築史上從沒有過。美、法、俄等發達國家用全鋼結構解決了這個問題。該所科研人員根據發射場區的地理環境特徵，通過科學的研究分析和模擬試驗，創造性地提出“鋼筋混凝土巨型框架——多筒體空間結構體系”的新方案。該方案的成功實施，不僅節省了4000餘萬元的經費，而且耐火性能、保溫和隔音效果大大優於鋼結構。這在世界航天發射場建築中爲首創，被國外專家驚呼爲“中國奇蹟”。
堪稱“亞洲第一大門”的垂直總裝測試廠房大門，不僅門洞大，而且其自身整體重量達350多噸。要設計建造如此規模的大門，研究所面臨三大技術難題：一是場區風沙大，如何保證達到密閉要求；二是場區最大風載荷每平方米達100公斤，如何保證大門能夠有效阻抗上述風載荷；三是大門本身不承重，如何保證數百噸重量除垂直方向外，不對廠房牆體結構產生任何側向拉力。研究所科研人員迎難而上，通過對大門機構可行性、密封性和材料的反覆試驗研究，一種採用變截面受力、升降推拉的方案從幾十種方案中優選而出，該方案不僅成功地解決了上述難題，而且還爲國家節約了100餘噸優質鋼材。
高大空間的空調潔淨技術是垂直廠房滿足火箭和飛船測試要求的關鍵技術。在3500立方米高大空間裏滿足箭船發射前對檢測環境潔淨度近乎苛刻要求的“潔淨分層空調淨化技術”，無論是理論研究還是實際應用，當時在國內外還不多見。該所科技人員運用計算機仿真計算，進行多方案比較，終於掌握了潔淨分層空調淨化關鍵技術，設計出了一套功能全、投資少、運行成本低的新技術方案，保證了14米以下工作區空氣潔淨度。該設計節省工程投資321萬元，減少電容量215千瓦，每次任務節省耗電15萬度，填補了國際上潔淨空調領域的空白，在國內外均屬首創。
位於發射塔下的導流槽，用於排放火箭點火後產生的大量高溫烈焰濃煙。設計者打破慣性思維，結合場區地質條件，經過深入研究，把導流槽設計成雙面不對稱形式。這一創舉，減少了鋼筋和混凝土投資450萬元，降水施工費用150萬元。
中國視野：着眼現實兼顧長遠
從1999年到2005年，中國載人航天發射場在世人面前進行了6次充滿自信的亮相。而今後，中國的航天之路將會更遠、更長，研究所的科技人員也把探索的眼光不斷向未來延伸。
“不謀萬世者不能謀一時”。載人航天發射場設計之時，火箭、飛船等系統許多技術指標還沒有明確，但設計者已經爲之預留了充分的發展空間，既保障當前的需要，又爲未來的“擴容”創造條件。整個發射場的建設，採取的是總體規劃分步實施的方式。技術區、發射區、試驗指揮區、協作區和測控區早在1998年已經基本完工，航天員區則等到首次載人航天飛行發射前才完成。進一步放寬視野，可以發現，研究所的設計工作，是在深入分析世界航天發射場的發展趨勢，綜合考慮中國航天發射場整體建設情況下展開的。記者瞭解到，該所正着眼中國航天事業發展需要，對中國航天發射場的下一步建設進行積極探索。
與兼顧長遠相適應，在載人航天發射場工程中，設計者還充分考慮了環境保護乃至優化的問題。火箭推進劑採用的四氧化二氮和偏二甲肼，都是有毒物質。除了工作人員的安全防護外，推進劑庫房、導流槽、加註器材間都設有污水收集系統。集中後的污水統一處理，達標後排放。加註過程中產生的有毒廢氣，全部通過煤油焚燒爐燃燒分解，尾氣濃度達到排放標準後才通過煙囪排放。在進行場區規劃時，研究所還充分預留了綠化用地。在發射場建築、設施的外觀設計上，着力體現航天高科技特徵，營造蓬勃向上的氛圍。站在碧草叢中，不管是仰望“航天大廈”——垂直總裝廠房，還是眺望“天梯”——發射塔，所能體會到的，總是昂揚或者飛翔的感覺。
預留的發展“接口”在發射場的各個系統中都有。從垂直總裝測試廠房到推進劑庫房，從載重數萬斤的吊車到小小的密封閥門，近年來，研究所針對發射場展開了30多項技術改造，總計更新了數萬個元器件。整個發射場系統獲國家科技進步特等獎、全國優秀工程設計金質獎等國家級獎勵6項、全軍科技進步獎30項、工程設計獎13項、部級獎勵22項。
設計明天才能贏得明天，巍然矗立的發射塔將永遠銘刻着中國航天事業發展的歷史進程，將繼續盤馬彎弓，蓄勢待發……
|
