走進神秘的探空火箭家族
——天鷹系列探空火箭發展記

□ 榮元昭

走進神秘的探空火箭家族
——天鷹系列探空火箭發展記

□ 榮元昭

近期，由中國航天科技集團四院（以下簡稱“四院”）自主研制的新一代兩級北斗/GPS定位體制氣象探測火箭圓滿完成飛行試驗，搭載的探空儀成功獲得全程跟蹤探測數據。該型火箭相對于傳統的雷達式探測體制，定位精度更高、探測成本更低、操作更方便，填補了國內同類產品的空白。

一直以來，四院致力于加大軍民融合創新發展步伐，在完成國家指令性軍品科研生產任務的同時，依托固體火箭發動機專業的技術、能力和人才優勢，以市場需求和經濟發展為牽引，成功研制開發了天鷹系列探空火箭產品，在火箭探空領域嶄露頭角。目前已經成為國內探空火箭研制技術水平領先、探測高度最高、種類型譜最全、應用領域和發射數量最多的單位。

搭載鯤鵬一號探空儀的天鷹-3C探空火箭

探空火箭型譜化發展

千百年來，空間探索一直是人類和平利用太空的夢想。長征系列運載火箭家族成員眾多，能把重達幾噸的載荷送往外太空。而探空火箭雖小但五臟俱全，可以飛到兩三百千米的高空，具有成本低、研制周期短、發射時間受限小等優點，是進行空間探測和科學試驗的有效探測工具。

作為我國歷史最久、種類最全、規模最大、實力最強的固體火箭發動機研制、生產和試驗基地，四院依托豐富的固體發動機型號資源優勢，1996年開始開發天鷹探空火箭系列產品。經過近年來的發展，四院已經建立了一套專業的探空火箭研發隊伍，建立了火箭總體設計、控制、電氣、測試、發射等技術專業，形成一套獨特的探空火箭技術研發途徑，突破和掌握了火箭地面發射發控技術、多截面分離技術、有效載荷拋撒釋放技術、高空開傘技術、試驗艙起旋穩定技術、有效載荷安全回收技術和箭地遙測通訊技術等關鍵技術，具備了完善的探空火箭總裝、測試和環境試驗條件及完備的供應鏈體系，按照“模塊化、通用化、標準化”的設計理念，成功研制開發了7個系列20余個型號，有效載荷0.5千克～260千克，直徑50毫米～750毫米，探測高度1千米～500千米的系列化產品型譜，用于氣象探測、空間科學探測、空間微重力和空間物理實驗以及有效載荷搭載試驗等諸多領域。

在氣象探測方面，可將衛星導航探空儀、雷達模式探空儀和“落球”探空儀等送入臨近空間，完成對大氣溫度、密度、風速等大氣要素進行原位探測。在天文物理探測方面，可以對電離層、地球磁場、宇宙線、高層大氣、太陽紫外線和X射線、隕塵等進行探測研究。同時還可以用于空間新技術驗證，微重力條件下的物理、生物等科學試驗。

目前，該系列探空火箭已成功發射200余發，成功完成了我國“子午工程”科學探測、空間環境垂直探測、大型發射任務氣象服務保障等多項任務，已列入中國航天科技集團公司運載火箭系列型譜。

巡看高空數“天鷹”

天鷹家族的老大名叫天鷹-3。據說是因為在它誕生的時候，四院已經有了增雨防雹火箭等民用產品，所以便從“3”開始命名。2000年，四院研制的第一枚探空火箭飛行成功。它高6.1米、重1.16噸，能夠將50千克的載荷發到220千米的高度。2001年，家族的第二位成員天鷹-4誕生。它的構造和老大基本相同，但身體嬌小許多——高3.38米、重150千克。因此，它只能帶動5千克以下的載荷，并把其送到80千米的高度。這使得它能很好地用于探測60千米以下高空環境的氣象數據。

之后，天鷹家族又陸續誕生了很多兄弟姐妹，它們大多是在天鷹-3、4的基礎上發展而來的。與老大相似的天鷹-3A、天鷹-3B、天鷹-3C、天鷹-3D、天鷹-3E一誕生便投入到應用中，其中兩個還參加了我國空間環境地基監測系統工程——子午工程，為中國航天和空間技術的發展作出了突出貢獻，徹底打響了天鷹探空火箭的名號。2014年誕生的天鷹-3G身高達9.1米。它比之前的兄弟們增加了一級發動機，成為兩級火箭。自然，它的能力也更強，能夠飛到300千米的高空，比其他家族成員飛行最高高度還要多出近100千米。天鷹-3G還有一個不同之處——有控制系統，相比于其他家族成員，它能夠更好地控制飛行路線，再也不會被風吹著跑。

在20年的發展歷程中，四院探空火箭還經歷了從一級發動機到兩級發動機，從無控到有控的變化。目前，家族里年齡最小的成員是天鷹-3F，是擁有兩級發動機的無控火箭，最高發射高度為320千米。它誕生于2016年，剛剛在國家“863計劃”空間環境垂直探測試驗中大出風頭。天鷹-6是還在襁褓中的小Baby，雖然輩分小，但它的能力卻是目前家族里最強的，可將150千克有效載荷運送到500千米高空，身高也達到了11.5米。

2012年珠海航展上展出的天鷹系列探空火箭

四院探空火箭目前正處在工程化發展中。其中，天鷹-4系列探空火箭已發展成為集發射車、指揮通信車、氣象雷達車在內的氣象探測系統集成產品。

低空靈動的天鷹Smart

作為天鷹家族的“近親”，天鷹Smart系列火箭就是個小不點，主要用于探測60千米以下的低空環境，有效載荷從0.5千克～1.9千克不等，被應用于我國氣象探測、防災減災、人工影響天氣等領域。

天鷹Smart1是家族的老大，屬于低空探空火箭，是個身高僅0.8米的“小個子”，質量僅1.3千克，只能飛到1千米內的空間。它根據大氣波導探測需求研制，用于探測溫度、濕度、氣壓、風速、風向，目前已完成設計鑒定并已提供多個用戶使用。其后誕生的天鷹Smart2中低空探空火箭，身高長到了1.57米，探測高度也升至了8千米，已經承擔并成功完成了多次重大活動氣象保障服務和氣象科研項目技術服務任務。家族中還有兩個神秘的成員——天鷹Smart3和天鷹Smart4，它們目前還處在研制階段，都是根據國家氣象部門大氣探測需求研制，用于大氣溫度、濕度、氣壓、風速、風向探測，天鷹Smart3可以飛到12千米的高空，而天鷹Smart4可以飛至20千米。

工作人員準備將探空火箭安裝在發射架上

家族最小的成員天鷹Smart5與其他天鷹Smart的最大不同是，它已經成為一套完善的探空火箭探測系統，既可以實現定點發射，也可以進行車載發射，可以用來探測20千米～60千米的高空，且具有系統簡單、操作方便、精度高、安全性高的特點。目前已經完成了三次關鍵技術驗證飛行試驗并取得成功，獲取了大量珍貴試驗及探測數據。

為滿足未來空間科學試驗和科學研究對探空火箭的更高需求，四院正在開展500千米以上探測高度，有效載荷200千克以上新型探空火箭研制工作。隨著時間推移，這兩個探空火箭家族將越來越龐大，能力也越來越強。它們一定會變得更出色、更優秀，為航天事業和空間科學技術發展作出重大貢獻。★