中新網(wǎng)1月6日電 在此次舉世矚目的嫦娥三號(hào)月球探測(cè)任務(wù)中，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第六研究院研制的動(dòng)力系統(tǒng)，扮演了非常關(guān)鍵的角色。這些動(dòng)力系統(tǒng)，既有為嫦娥三號(hào)發(fā)射提供長(zhǎng)三乙火箭的一、二級(jí)和助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，更有為著陸器提供整個(gè)落月過程中的推進(jìn)分系統(tǒng)。這些多種型號(hào)、功能各異、不同推力的發(fā)動(dòng)機(jī)組成了強(qiáng)大的動(dòng)力“聯(lián)盟”，上演了一場(chǎng)驚心動(dòng)魄的動(dòng)力大“接力”。
這場(chǎng)接力大賽，由第一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)率先發(fā)出震天撼地的轟鳴，推舉嫦娥三號(hào)飛離地球，飛向太空，然后二級(jí)，三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)依次點(diǎn)火，相繼完成賦予它的神圣使命。
“壓軸”出場(chǎng)的著陸器推進(jìn)分系統(tǒng)，由一個(gè)7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)和近30個(gè)臺(tái)推力較小的姿控發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成。俗話說，一個(gè)好漢三個(gè)幫，可是嫦娥三號(hào)探測(cè)器要實(shí)現(xiàn)落月，就必須得做到一個(gè)好漢將近30個(gè)幫手！更為關(guān)鍵的是，無論是充當(dāng)“好漢”的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，還是擔(dān)任“幫手”的近30臺(tái)小姿控發(fā)動(dòng)機(jī)，他們必須要組成一個(gè)俯仰有度、動(dòng)靜自如、推力精準(zhǔn)的推進(jìn)系統(tǒng)，每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)既要各負(fù)其責(zé)，又要密切配合。對(duì)于六院研制團(tuán)隊(duì)來說，推進(jìn)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(hào)推進(jìn)系統(tǒng)“減重”的背后：研制人員“減肥”
與嫦娥一號(hào)、二號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)相比，嫦娥三號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)完全是一個(gè)嶄新的動(dòng)力系統(tǒng)，除變推力主發(fā)動(dòng)機(jī)外，還包括十多臺(tái)150N和十幾臺(tái)10N姿控發(fā)動(dòng)機(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)要承擔(dān)月球著陸器中途修正、近月制動(dòng)、動(dòng)力下降、懸停段等一系列軟著陸任務(wù)，并要按預(yù)定指令實(shí)現(xiàn)該“出手”時(shí)就“出手”，再“出手”時(shí)不“含糊”的工作狀態(tài)，這其中的技術(shù)難點(diǎn)不在少數(shù)。
“基于嫦娥三號(hào)重量、構(gòu)型的特殊要求，為推進(jìn)系統(tǒng)‘瘦身’無疑成為首要課題，必須在短時(shí)期內(nèi)研制出高可靠、輕質(zhì)的單機(jī)產(chǎn)品，精力大量投入則是必然的。”嫦娥三號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)副指揮李和軍如是介紹。
經(jīng)過仔細(xì)分析，研制人員發(fā)現(xiàn)，10N的小姿控發(fā)動(dòng)機(jī)就像一個(gè)細(xì)長(zhǎng)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(dòng)機(jī)等的減重設(shè)計(jì)上，由此帶來諸多關(guān)鍵技術(shù)的突破反而成為推進(jìn)系統(tǒng)的一大“亮點(diǎn)”。如研制成功輕質(zhì)、大容積復(fù)合材料纏繞式金屬膜片貯箱；利用無焊縫鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料纏繞氣瓶設(shè)計(jì)制造技術(shù)有效對(duì)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(jìn)行小型化改進(jìn)。一系列關(guān)鍵難點(diǎn)一經(jīng)攻克，有效地解決了推進(jìn)系統(tǒng)的減重問題，也確保總體方案可行，為我國(guó)后續(xù)深空探測(cè)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(jìn)系統(tǒng)，參與研制的科研人員也都‘減肥’了。”嫦娥三號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)行政指揮戴德海介紹道，“以往成熟型號(hào)的飛行任務(wù)，團(tuán)隊(duì)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(hào)推進(jìn)分系統(tǒng)研制，必須經(jīng)過培訓(xùn)和考核，持證上崗，挑選精兵強(qiáng)將，縮小隊(duì)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(fēng)險(xiǎn)，使整個(gè)研制隊(duì)伍的‘可靠性’大大提高了。”
嫦娥三號(hào)落月舞姿“穩(wěn)準(zhǔn)柔”的背后：精嚴(yán)細(xì)
此次由航天六院研制的著陸器推進(jìn)分系統(tǒng)無論是模式的復(fù)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(dòng)機(jī)多種推力工況“快速變化”，時(shí)而“鉚足馬力”，時(shí)而“輕手輕腳”，時(shí)而又“凝神靜思”，這一系列不斷變換的“舞姿”，需要發(fā)動(dòng)機(jī)具備深度節(jié)流能力，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)根本無法實(shí)現(xiàn)。為使嫦娥三號(hào)的月球“第一步”穩(wěn)、準(zhǔn)、柔，航天六院整整用了五年時(shí)間，為落月“量身訂制”了7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，這也是我國(guó)首臺(tái)具備大范圍變推力工作能力的液體發(fā)動(dòng)機(jī)。作為推進(jìn)系統(tǒng)的唯一主發(fā)動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)大范圍階躍式變推力及無級(jí)變推力，首次“亮相”就承擔(dān)動(dòng)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(jì)到產(chǎn)品交付，研制一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)至少需要十年時(shí)間。五年即交付，還要擔(dān)任“主力”，產(chǎn)品質(zhì)量能保證嗎？我們可以從一張質(zhì)量復(fù)查單中找到蛛絲馬跡：著陸器推進(jìn)分系統(tǒng)二百多根導(dǎo)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(gè)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(shí)，嫦娥三號(hào)推進(jìn)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)由六院所屬的西安、北京、上海的多家單位共同承擔(dān)。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(dòng)力重組的實(shí)施，六院依托專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在內(nèi)部?jī)?yōu)選所需組件，進(jìn)而達(dá)到避免重復(fù)研制、降低研制風(fēng)險(xiǎn)、加快研制進(jìn)度的效果。
如果把發(fā)動(dòng)機(jī)比作“心臟”，一根根導(dǎo)管無疑就是輸送“養(yǎng)分”的血管。能為嫦娥三號(hào)“服務(wù)”，所有的導(dǎo)管至少要通過“三檢五審”，如此嚴(yán)格與精細(xì)的篩選過后，保證他們絕對(duì)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(jìn)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(fù)雜，但習(xí)慣了這種做法，操作也就更謹(jǐn)慎，一次合格率更高，更省時(shí)間呢。”看似繁瑣的檢查工序，窺視到的僅是航天六院質(zhì)量管理的“冰山一角”，也正是因?yàn)橛辛诉@些嚴(yán)苛和細(xì)致的質(zhì)量管理措施，推進(jìn)系統(tǒng)才能在任務(wù)執(zhí)行中，實(shí)現(xiàn)嫦娥三號(hào)落月的穩(wěn)妥、精準(zhǔn)與柔美。
嫦娥三號(hào)推進(jìn)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(fēng)光”的背后，只有從事這項(xiàng)工作的人才能體會(huì)其中的艱辛與挑戰(zhàn)。航天六院嫦娥三號(hào)推進(jìn)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(duì)即將交付的產(chǎn)品進(jìn)行電性能測(cè)試時(shí)，研制人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)電磁閥開啟時(shí)間超出設(shè)計(jì)要求僅有幾毫秒，這突如其來的變故急壞了整個(gè)研制團(tuán)隊(duì)，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(dòng)歸零工作，抓總研制單位六院所屬的801所第一時(shí)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(jìn)行分析、試驗(yàn)、仿真計(jì)算，同步啟動(dòng)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過程復(fù)查等工作。經(jīng)過一個(gè)月的努力，終于找到問題所在，故障機(jī)理得到驗(yàn)證，并通過專家評(píng)審。
為確保萬無一失，他們對(duì)所有閥門采取補(bǔ)充措施，徹底消除疑點(diǎn)和隱患。推進(jìn)系統(tǒng)主任質(zhì)量師鐘徐說：“型號(hào)研制過程中，嚴(yán)格技術(shù)狀態(tài)控制，嚴(yán)格全過程管理，動(dòng)態(tài)開展技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析和控制工作，對(duì)發(fā)生的質(zhì)量問題嚴(yán)格按五條標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙歸零，確保產(chǎn)品可靠，這是六院長(zhǎng)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(yàn)和驗(yàn)證，太空中的復(fù)雜境況也難以全部預(yù)估，各種未知風(fēng)險(xiǎn)皆可能出現(xiàn)。例如，嫦娥三號(hào)長(zhǎng)時(shí)間在軌，推進(jìn)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(cè)試，擠出效率如何保證？無備份的產(chǎn)品，一旦發(fā)生單點(diǎn)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(duì)準(zhǔn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)案，配合總體梳理出一條發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)高質(zhì)量圓滿完成飛行任務(wù)。
在了解到嫦娥三號(hào)復(fù)雜的工況要求和特殊的任務(wù)特點(diǎn)，特別是采用了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用的新技術(shù)后，也有人對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)能否達(dá)到高性能、高可靠、高精度的要求表示擔(dān)心，航天六院質(zhì)量技術(shù)部副部長(zhǎng)譚松林給出了這樣的回答：“航天六院作為我國(guó)航天液體動(dòng)力技術(shù)的‘領(lǐng)跑者’，具有相當(dāng)量的成熟技術(shù)和核心技術(shù)儲(chǔ)備，推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，充分汲取了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有液體動(dòng)力技術(shù)的‘精華’和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的所有可能的工作模式、工作裕度等都進(jìn)行過試車考核，關(guān)鍵數(shù)據(jù)得到有效驗(yàn)證，質(zhì)量與可靠性更是從設(shè)計(jì)源頭貫穿至終，哪怕有更多的‘高難度’動(dòng)作要求，我們依然充滿信心。”(范麗蘇 蔣蔚)
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