海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射塔架與海相鄰。楊志遠(yuǎn)攝
伴隨著新一代中型運載火箭長征七號成功發(fā)射，我國新一代航天發(fā)射場——海南文昌航天發(fā)射場在全世界的注視下亮相，成為又一個全球航天發(fā)射“重鎮(zhèn)”。
作為一個國際航天發(fā)射港，海南航天發(fā)射場的建設(shè)，不是已有發(fā)射場的翻版。從火箭、航天器到氣候環(huán)境，都是全新的。矗立于藍(lán)天白云和大海椰林之間，兩座發(fā)射架雄偉壯觀，航天器測試廠房高大醒目。為了建造一個世界一流、現(xiàn)代化的航天發(fā)射場，建設(shè)者們跨越了多道難關(guān)。
接受“高溫、高濕、高鹽霧、強降雨、強臺風(fēng)、強雷暴”考驗
海南發(fā)射場是我國離赤道最近的航天發(fā)射中心，低緯度的地理條件是它的一大優(yōu)勢，但也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。
發(fā)射場瀕臨海邊，氣候復(fù)雜多變，“高溫、高濕、高鹽霧、強降雨、強臺風(fēng)、強雷暴”，是發(fā)射場設(shè)施設(shè)備及實施發(fā)射面臨的挑戰(zhàn)。夏季最高溫度45攝氏度左右，濕度接近100％。這樣的極端天氣對火箭造成很大影響，使發(fā)射的安全性、可靠性受到“威脅”。如何確?；鸺踩煽堪l(fā)射，就需要有相應(yīng)的創(chuàng)新技術(shù)來支撐。
科技人員為此開展了防臺風(fēng)安全設(shè)計技術(shù)、鹽霧腐蝕綜合控制與防護技術(shù)、雷電防護技術(shù)、可靠性設(shè)計技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究，解決了復(fù)雜氣候環(huán)境下的安全發(fā)射問題。
在抗臺風(fēng)方面，北京特種工程設(shè)計研究院總工程師劉曉華說，主要通過強化工程防護設(shè)計、優(yōu)化測試發(fā)射流程和建設(shè)完善氣象預(yù)報系統(tǒng)來實現(xiàn)?？梢钥s短火箭在室外暴露的時間，減小不利天氣的影響，并及時發(fā)布臺風(fēng)等災(zāi)害天氣預(yù)警，在火箭、航天器轉(zhuǎn)運、待命發(fā)射等關(guān)鍵時段，進行有效規(guī)避。經(jīng)過“威馬遜”強臺風(fēng)的考驗，發(fā)射場完全達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)要求。
防鹽霧方面，主要是防止發(fā)射場的設(shè)施設(shè)備被腐蝕。劉曉華說，他們特別針對發(fā)射場鹽霧環(huán)境，開展了加速腐蝕試驗和歷時七年的室外暴露試驗驗證，確定了室外金屬構(gòu)件的重度防腐涂裝保護體系。
在高大的發(fā)射塔架下，可以看到每個發(fā)射工位周圍建有四個高大的避雷塔，塔與塔之間還有金屬線相連。在發(fā)射塔周圍設(shè)立的避雷塔之間拉了3道防雷線，形成既能防直接雷也能防地面雷的立體效果。后來又經(jīng)過仿真計算實驗，拉線之后可以把避雷塔由160米降低至115米，雷電攔截效率可以提高到98.5％。
如果遇到突如其來的惡劣天氣，又該如何應(yīng)對？劉曉華說，首先從發(fā)射工藝流程上考慮，事先有天氣預(yù)報。預(yù)報了相對安全時間，再考慮轉(zhuǎn)運發(fā)射。如果遇到雷暴，就把火箭放到比較安全的地方，如廠房里面，等到條件允許時再轉(zhuǎn)運。由于發(fā)射場目前可以對3天后的天氣作出比較準(zhǔn)確的預(yù)報，而火箭在發(fā)射工位上停留時間最多只需3天，3天內(nèi)就可以實施發(fā)射，這樣就可以有效避免突發(fā)的惡劣天氣影響。
根據(jù)新火箭開展發(fā)射場技術(shù)創(chuàng)新，跨入世界大噸位火箭發(fā)射行列
目前，世界各國在選擇發(fā)射場時，都會盡量選擇低緯度地區(qū)，最好選擇在赤道附近，因為這樣可使火箭發(fā)射后得到地球自轉(zhuǎn)賦予的向東的初速度，提高運載能力。而我國在海南建設(shè)航天發(fā)射場，具有明顯的地理優(yōu)勢。
海南發(fā)射場可以發(fā)射地球同步軌道、大質(zhì)量大傾角中低軌道、太陽同步軌道、極地軌道航天器，比如空間站、貨運飛船等，這樣就和我國現(xiàn)有航天發(fā)射場形成沿海和內(nèi)陸相結(jié)合、高低緯度相結(jié)合、各種射向范圍相結(jié)合的格局，便于開展國際航天發(fā)射合作，提高我國航天發(fā)射場綜合發(fā)射能力，使我國航天發(fā)射場的戰(zhàn)略布局更為合理，體系更加完善。因此，海南發(fā)射場也是一個全新的航天發(fā)射場，尤其是在航天發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域中進行了多項創(chuàng)新。
在海南發(fā)射場，發(fā)射的運載火箭都是全新研制的，因此要根據(jù)火箭的新特點、新需求開展發(fā)射場的技術(shù)創(chuàng)新。據(jù)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心航天專家介紹，新一代運載火箭主要特點是首次大質(zhì)量、大流量使用液氫和液氧低溫推進劑，火箭尺度和發(fā)動機推力比現(xiàn)在的火箭有顯著提高。因此，在發(fā)射場的測試發(fā)射操作與現(xiàn)役火箭有很多不同的地方，發(fā)射場設(shè)計上必須采取新的技術(shù)，才能確保發(fā)射任務(wù)安全可靠地完成。
為此，航天科研人員主要開展了低溫推進劑大流量加注和大容量儲運技術(shù)、安全設(shè)計技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了一系列突破。他們研制了300立方液氫貯罐等新裝備，填補了多項國內(nèi)空白，建立了國家低溫技術(shù)應(yīng)用實驗室，確保發(fā)射場能夠安全可靠地執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。
航天專家介紹說，海南發(fā)射場成功實現(xiàn)了大推力火箭發(fā)射能力的突破，建成2個多射向、全天候、大噸位發(fā)射工位，分別用于發(fā)射我國長征七號、長征五號兩種新型運載火箭，采用“新三垂一遠(yuǎn)”測發(fā)模式，縮短火箭測試發(fā)射周期，攻克了新型運載火箭推進劑貯運、加注、控制難關(guān)，實現(xiàn)運載能力由10噸級到20噸級的重大跨越。這標(biāo)志著我國已經(jīng)跨入世界大噸位火箭發(fā)射行列。
此外，首創(chuàng)的國產(chǎn)化軟件開發(fā)平臺，成功實現(xiàn)了信息化指揮控制能力的突破，確保了航天發(fā)射核心技術(shù)的自主可控、絕對安全。
發(fā)射塔架加起來超過3公里的焊縫，每一道都要經(jīng)過超聲波探傷檢測
發(fā)射塔架，也就是航天人所說的發(fā)射工位，是航天發(fā)射場最壯觀的標(biāo)志性建筑。海南航天發(fā)射場擁有兩個發(fā)射工位，分別用于發(fā)射長征七號、長征五號火箭，是目前國內(nèi)設(shè)計理念最先進、功能設(shè)置最復(fù)雜、結(jié)構(gòu)形式最新穎、工藝系統(tǒng)最集成的航天發(fā)射工位，也是海南航天發(fā)射場的標(biāo)志性建筑。
發(fā)射塔架的建設(shè)是難中之難，何況海南發(fā)射場的這兩個發(fā)射塔架是同時開建，更是前所未有。
導(dǎo)流槽是火箭騰空而起噴射烈焰的地方，形似發(fā)射塔架旁邊的一個“巨坑”。兩座發(fā)射塔緊鄰海邊，地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)流槽施工難度前所未有。地下水豐富，只要在地表挖一道淺淺的溝，就有大量滲水涌出——要挖幾十米深的基坑，難度可想而知。而來自海洋的強大水壓力也給導(dǎo)流槽施工帶來巨大風(fēng)險。海南文昌地處臺風(fēng)多發(fā)地區(qū)，頻頻襲擾的熱帶風(fēng)暴還帶來了大量降水。
基坑開挖以后，來自天空的水和來自海洋的水給基坑開挖帶來更大的挑戰(zhàn)；再加上地下巨大的巖石和含砂珊瑚碎屑，施工非常困難。承擔(dān)施工任務(wù)的北京某安裝總隊創(chuàng)新施工技術(shù)，最終在基坑周圍做成了1300余根止水帷幕樁，形成密閉可靠的止水帷幕結(jié)構(gòu)體，相當(dāng)于在基坑周邊做了一道擋水的墻，為國內(nèi)首創(chuàng)，成功解決了滲水嚴(yán)重的施工難題，為導(dǎo)流槽和塔架施工打下堅實基礎(chǔ)。對地下巖石的爆破也步步驚心，爆破點離止水帷幕最近點只有20米，既要保證不對止水帷幕造成沖擊破壞，又要確保爆破效果……這道難題最終也被技術(shù)人員成功破解。
自密實混凝土選用的每一顆石子直徑不超過3厘米；塔架加起來超過3000米的焊縫，每一道都要經(jīng)過超聲波探傷檢測；防止塔架因海邊鹽霧氣候銹蝕，所用的油漆都要反復(fù)進行附著力試驗……任何一個細(xì)節(jié)都不能放過。
2014年6月28日，海南文昌航天發(fā)射場兩型火箭發(fā)射工位進行了竣工驗收，工程質(zhì)量驗收合格率均達(dá)到100%，總體性能達(dá)到了國際先進、國內(nèi)一流水平。近兩年內(nèi)，又經(jīng)受了多次強臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴的考驗，證明安全可靠。
隨著長征七號火箭的成功首飛，海南文昌航天發(fā)射場也成為中國航天的新成員，成為眾多航天器的星際旅行出發(fā)地。
