中新網(wǎng)1月6日電 在此次舉世矚目的嫦娥三號月球探測任務(wù)中,由中國航天科技集團公司第六研究院研制的動力系統(tǒng),扮演了非常關(guān)鍵的角色。這些動力系統(tǒng),既有為嫦娥三號發(fā)射提供長三乙火箭的一、二級和助推級發(fā)動機,更有為著陸器提供整個落月過程中的推進分系統(tǒng)。這些多種型號、功能各異、不同推力的發(fā)動機組成了強大的動力“聯(lián)盟”,上演了一場驚心動魄的動力大“接力”。
這場接力大賽,由第一級火箭發(fā)動機率先發(fā)出震天撼地的轟鳴,推舉嫦娥三號飛離地球,飛向太空,然后二級,三級發(fā)動機依次點火,相繼完成賦予它的神圣使命。
“壓軸”出場的著陸器推進分系統(tǒng),由一個7500N變推力發(fā)動機和近30個臺推力較小的姿控發(fā)動機構(gòu)成。俗話說,一個好漢三個幫,可是嫦娥三號探測器要實現(xiàn)落月,就必須得做到一個好漢將近30個幫手!更為關(guān)鍵的是,無論是充當“好漢”的7500N變推力發(fā)動機,還是擔任“幫手”的近30臺小姿控發(fā)動機,他們必須要組成一個俯仰有度、動靜自如、推力精準的推進系統(tǒng),每一個發(fā)動機既要各負其責,又要密切配合。對于六院研制團隊來說,推進分系統(tǒng)研制過程中的艱辛與曲折,更是家常便飯。
嫦娥三號推進系統(tǒng)“減重”的背后:研制人員“減肥”
與嫦娥一號、二號推進系統(tǒng)相比,嫦娥三號推進系統(tǒng)完全是一個嶄新的動力系統(tǒng),除變推力主發(fā)動機外,還包括十多臺150N和十幾臺10N姿控發(fā)動機。這些發(fā)動機要承擔月球著陸器中途修正、近月制動、動力下降、懸停段等一系列軟著陸任務(wù),并要按預定指令實現(xiàn)該“出手”時就“出手”,再“出手”時不“含糊”的工作狀態(tài),這其中的技術(shù)難點不在少數(shù)。
“基于嫦娥三號重量、構(gòu)型的特殊要求,為推進系統(tǒng)‘瘦身’無疑成為首要課題,必須在短時期內(nèi)研制出高可靠、輕質(zhì)的單機產(chǎn)品,精力大量投入則是必然的!辨隙鹑柾七M系統(tǒng)副指揮李和軍如是介紹。
經(jīng)過仔細分析,研制人員發(fā)現(xiàn),10N的小姿控發(fā)動機就像一個細長的小白酒盅,身段輕盈,無“肥”可減。于是六院研制人員將目光鎖定在貯箱、氣瓶、7500N及150N發(fā)動機等的減重設(shè)計上,由此帶來諸多關(guān)鍵技術(shù)的突破反而成為推進系統(tǒng)的一大“亮點”。如研制成功輕質(zhì)、大容積復合材料纏繞式金屬膜片貯箱;利用無焊縫鋁合金內(nèi)襯復合材料纏繞氣瓶設(shè)計制造技術(shù)有效對氣瓶減重;甚至連在系統(tǒng)中占比不高的自鎖閥也不“放過”,進行小型化改進。一系列關(guān)鍵難點一經(jīng)攻克,有效地解決了推進系統(tǒng)的減重問題,也確?傮w方案可行,為我國后續(xù)深空探測任務(wù)提供了寶貴的技術(shù)積累。
“減重不僅是特定局限在推進系統(tǒng),參與研制的科研人員也都‘減肥’了!辨隙鹑柾七M系統(tǒng)行政指揮戴德海介紹道,“以往成熟型號的飛行任務(wù),團隊里老、中、青‘混搭’,這次無論是從事管理還是技術(shù)崗位的人員,只要參與嫦娥三號推進分系統(tǒng)研制,必須經(jīng)過培訓和考核,持證上崗,挑選精兵強將,縮小隊伍規(guī)模,全是‘老搭檔’,最大限度地消除了‘新手’和‘新單位’參與的風險,使整個研制隊伍的‘可靠性’大大提高了!
嫦娥三號落月舞姿“穩(wěn)準柔”的背后:精嚴細
此次由航天六院研制的著陸器推進分系統(tǒng)無論是模式的復雜性、功能的多樣性,亦或是工作環(huán)境的惡劣程度,堪稱歷史之最。落月過程要求發(fā)動機多種推力工況“快速變化”,時而“鉚足馬力”,時而“輕手輕腳”,時而又“凝神靜思”,這一系列不斷變換的“舞姿”,需要發(fā)動機具備深度節(jié)流能力,傳統(tǒng)發(fā)動機根本無法實現(xiàn)。為使嫦娥三號的月球“第一步”穩(wěn)、準、柔,航天六院整整用了五年時間,為落月“量身訂制”了7500N變推力發(fā)動機,這也是我國首臺具備大范圍變推力工作能力的液體發(fā)動機。作為推進系統(tǒng)的唯一主發(fā)動機,可實現(xiàn)大范圍階躍式變推力及無級變推力,首次“亮相”就承擔動力系統(tǒng)接力“最后一棒”的重任,航天六院科研人員的壓力可想而知。
常規(guī)情況下,從論證設(shè)計到產(chǎn)品交付,研制一種新型發(fā)動機至少需要十年時間。五年即交付,還要擔任“主力”,產(chǎn)品質(zhì)量能保證嗎?我們可以從一張質(zhì)量復查單中找到蛛絲馬跡:著陸器推進分系統(tǒng)二百多根導管、四百多條焊縫管路、四百多處螺釘連接部位,活接頭部位近百處……單從這些可精確追溯到每一個人的數(shù)字里,就能看出航天六院在管控質(zhì)量方面所下功夫之“精”。其實,嫦娥三號推進分系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、試驗由六院所屬的西安、北京、上海的多家單位共同承擔。三地輾轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)的局面無形之中增添了管理難度,但得益于六年前航天液體動力重組的實施,六院依托專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢,在內(nèi)部優(yōu)選所需組件,進而達到避免重復研制、降低研制風險、加快研制進度的效果。
如果把發(fā)動機比作“心臟”,一根根導管無疑就是輸送“養(yǎng)分”的血管。能為嫦娥三號“服務(wù)”,所有的導管至少要通過“三檢五審”,如此嚴格與精細的篩選過后,保證他們絕對是“優(yōu)等生”。首先要經(jīng)過清洗、酸洗、內(nèi)窺鏡“腸道”檢查;內(nèi)外焊縫除了進行內(nèi)窺鏡檢查外,還要接受X光拍片“透視”探傷……。一位從事焊接工作多年的老師傅說:“聽起來是復雜,但習慣了這種做法,操作也就更謹慎,一次合格率更高,更省時間呢!笨此品爆嵉臋z查工序,窺視到的僅是航天六院質(zhì)量管理的“冰山一角”,也正是因為有了這些嚴苛和細致的質(zhì)量管理措施,推進系統(tǒng)才能在任務(wù)執(zhí)行中,實現(xiàn)嫦娥三號落月的穩(wěn)妥、精準與柔美。
嫦娥三號推進系統(tǒng)表現(xiàn)滿分的背后:做足功課
在公眾眼中,航天工程往往意味著“高”、“精”、“尖”,看似“風光”的背后,只有從事這項工作的人才能體會其中的艱辛與挑戰(zhàn)。航天六院嫦娥三號推進系統(tǒng)的研制過程并非“一蹴而就”、“完美無瑕”,而是一波三折。今年3月,在對即將交付的產(chǎn)品進行電性能測試時,研制人員發(fā)現(xiàn)一個電磁閥開啟時間超出設(shè)計要求僅有幾毫秒,這突如其來的變故急壞了整個研制團隊,交付迫在眉睫,產(chǎn)品又必須保證“滿分”,怎么辦?航天六院立即啟動歸零工作,抓總研制單位六院所屬的801所第一時間組裝了備份產(chǎn)品交付總體,并將問題產(chǎn)品拆卸,徹查根源。為了這短短的幾毫秒,他們馬不停蹄、夜以繼日地組織多方專業(yè)技術(shù)力量進行分析、試驗、仿真計算,同步啟動數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過程復查等工作。經(jīng)過一個月的努力,終于找到問題所在,故障機理得到驗證,并通過專家評審。
為確保萬無一失,他們對所有閥門采取補充措施,徹底消除疑點和隱患。推進系統(tǒng)主任質(zhì)量師鐘徐說:“型號研制過程中,嚴格技術(shù)狀態(tài)控制,嚴格全過程管理,動態(tài)開展技術(shù)風險分析和控制工作,對發(fā)生的質(zhì)量問題嚴格按五條標準進行雙歸零,確保產(chǎn)品可靠,這是六院長久以來的要求,我們也是一直這樣執(zhí)行的!
即使經(jīng)過再多的試驗和驗證,太空中的復雜境況也難以全部預估,各種未知風險皆可能出現(xiàn)。例如,嫦娥三號長時間在軌,推進系統(tǒng)能否保證不泄漏?一次性使用的金屬膜片貯箱,交付后不可測試,擠出效率如何保證?無備份的產(chǎn)品,一旦發(fā)生單點故障,作何處理?諸如此類的問題,航天六院早就做足了應(yīng)對準備,他們本著“從源頭抓起,全過程受控,零缺陷管理,確保一次成功”的質(zhì)量管理思路,要求研制人員“技術(shù)回頭看,問題提前想”,針對發(fā)動機工作過程中可能出現(xiàn)的故障,制定了相應(yīng)的故障控制預案,配合總體梳理出一條發(fā)動機飛行成功保障鏈,力求將這些小概率事件的影響壓縮到最低,確保發(fā)動機高質(zhì)量圓滿完成飛行任務(wù)。
在了解到嫦娥三號復雜的工況要求和特殊的任務(wù)特點,特別是采用了多項國內(nèi)首次應(yīng)用的新技術(shù)后,也有人對推進系統(tǒng)能否達到高性能、高可靠、高精度的要求表示擔心,航天六院質(zhì)量技術(shù)部副部長譚松林給出了這樣的回答:“航天六院作為我國航天液體動力技術(shù)的‘領(lǐng)跑者’,具有相當量的成熟技術(shù)和核心技術(shù)儲備,推進分系統(tǒng)發(fā)動機的研制,充分汲取了國內(nèi)現(xiàn)有液體動力技術(shù)的‘精華’和先進經(jīng)驗,對發(fā)動機面臨的所有可能的工作模式、工作裕度等都進行過試車考核,關(guān)鍵數(shù)據(jù)得到有效驗證,質(zhì)量與可靠性更是從設(shè)計源頭貫穿至終,哪怕有更多的‘高難度’動作要求,我們依然充滿信心!(范麗蘇 蔣蔚)
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