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上海航天研发团队突破十二项核心关键技术 火箭可靠性达国际先进

时间:2016年05月23日 信息来源:上海政府网 点击: 【字体:

上海航天研发团队突破十二项核心关键技术

上海航天研发团队突破十二项核心关键技术


  由中国航天科技集团上海航天技术研究院全新研制的我国首枚长征六号运载火箭,于2015年9月20日7时01分,在太原卫星发射中心一飞冲天,成功将20颗卫星送入深邃太空,由此开辟了我国运载火箭的新纪元。


  首发成功至今,已逾半年。但长六型号总设计师兼总指挥张卫东带领的这支“长六”研发团队,回想起研发过程,仍满怀自豪。这支立项时平均年龄28岁的研发团队,6年攻关,突破了12项核心关键技术,申请专利超过150项,完成了我国新一代运载火箭的研制任务,对我国运载火箭后续发展具有里程碑式的意义。


  填补空白,颠覆传统火箭测发模式


  长征六号运载火箭,离不开这几个关键词:绿色燃料、全新发射方式、一箭多星、精准控制。可以说,每一项技术都填补了我国运载火箭的技术空白。


  谈到“长六”的技术创新,张卫东如数家珍。“长征六号‘第一新’就是动力装置,过去的火箭发动机使用的是有毒性的燃料,现在改用绿色环保、廉价、性能好、易存储的液氧/煤油推进剂。”张卫东说,“我们还采用了效率更高的创新式循环方式:液氧煤油高压补燃循环。长六的‘心脏’:一级和二级发动机都是液氧煤油高压补燃循环发动机,一级发动机120吨,推力比过去的型号提高了60%。”


  “第二新”是“三平”测发模式。“所谓‘三平’就是水平整体测试、水平整体星箭对接、水平整体运输起竖发射,即:平的运输,平的测试,站在车上竖起来就发射了。”张卫东解释道,“采用‘三平’测发模式的发射准备周期只要7天。传统火箭执行发射任务,需要分段运输至发射场,在服务塔里完成各个子级的垂直总装和测试,不但周期长,所需的试验人员也多。”这一次,他们彻底颠覆了传统的火箭测发模式。


  运载火箭的载荷投送能力,是衡量国家航天实力的最重要指标之一。上世纪80年代,我国开始应用一箭多星技术,不过“长六”的“一箭20星”却是首次。“一次发射20颗卫星确实是一项艰巨的任务,这可不是‘天女散花’。我们对每颗卫星的安装形式和分离姿态都有严格的要求。长六承载的卫星质量和形状各异,从一百多公斤到几百克不等,因此保证卫星的安全可靠至关重要。”长六副总设计师丁秀峰说,此次任务采用的是“灵巧末级”设计及“多星轨道周期控制方法”,就是防止大量卫星在释放时星箭和星星间发生意外碰撞。


  那么,如何实现卫星的精准入轨?“长六”控制系统负责人周如好指出,这依赖于火箭的“神经控制网络”——控制与制导系统。“过去的火箭控制系统信息传输是模拟电缆传输,无法满足大量的信息交换。新型运载火箭实现了全箭信息数字化传输和综合利用,保证箭上控制系统计算机与各单机之间实现快速、准确的信息互通,为长六火箭实现精确控制提供了便利条件。”周如好说,“在控制系统中,我们还采用了双八表捷联惯组组合导航技术和迭代制导技术,确保卫星能够被精准‘投递’到最终轨道。”


  技术攻坚,不放过每一个细节


  “长六”的成功首发,获得了第十七届中国国际工业博览会最高的“特别荣誉奖”。张卫东却说:“这才是万里长征第一步,长征六号系列运载火箭的发展之路还长着呢。”研制一款新型运载火箭,六七年时间远远不够。事实上,前期论证和工作在2000年初期就已经开始,前后一共历经十余年。正如张卫东所言,“技术不是突然‘蹦’出来的,而是一步一步钻研和积累而来。”


  运载火箭的可靠性要求非常高。“长六”的可靠性高达0.98,属于国际先进水平。下转4版(上接第1版)为了这个“0.98”,严谨踏实的上海航天人背后付出了无数汗水和心血。在“长六”团队中,丁秀峰几乎是“万绿丛中一点红”。身为女性的她,做事格外细致。一次火箭一子级动力系统热试车出厂测试中,丁秀峰发现氧箱内的传感器螺钉上按照常规做法点了红漆,表示验收通过。但如果油漆剥落可能产生多余物,可能会对发动机产生影响。面对项目进度的压力,丁秀峰还是立刻召集了相关人员进行讨论分析、查阅大量资料,最终验证油漆与氧箱内氧化剂不相容。为了清洗油漆,团队做了大量浸泡试验。经过3天通宵达旦的工作,最终消除了隐患。


  为了提高火箭运载能力,给火箭“瘦身”是最佳途径,但难度也最大。团队采用了国际上从未使用过的大温差夹层共底贮箱技术。“将-180℃的液氧和20℃的煤油装在同一个箱子里,可不是简单的‘鸡尾酒’组合。当中的夹层要同时承受正压和反压,还要抵抗两种液体间200℃的温差。”在试验了22个贮箱之后,团队终于攻关成功。这项细微的突破性技术,足足用了1年多时间。


  “小概率事件不等于不可能事件。”周如好说,他带领的小组负责长六火箭的“神经系统”研发,责任重大。火箭出厂前的集成试验中,设计师发现光纤速率陀螺遥测数据出现了一拍突跳,不过这并没有影响系统运作。但周如好了解情况后,立刻与小组成员对数据进行长达数月的复查和分析,团队发现在上百条历史测试数据中,仅出现这一次突跳。周如好依然坚持分析、制定测试方案、搭建测试环境、复现故障,一次收集了近2000万条通信数据。经过仔细比对后,终于复现了故障现象,在多方协同下彻底排除了看似不存在的缺陷。“长六”研发过程中,仅一项风险报告就多达数百页。


  这支航天团队明白,成功靠的不是运气,而是扎扎实实的技术和细致谨慎的思考。


  投身研发,“三过家门而不入”


  2009年,长六研发团队临危受命,对于这样一发新型火箭,可谓是在一张白纸上绘蓝图。那时,团队大多数成员还是刚刚从“象牙塔”走出来的“菜鸟”。7年过去了,陪伴“长六”成长的这群“菜鸟”已是而立之年,都已个个在自己的专业领域独当一面。


  组建团队之初,不少人都是放弃原本舒适的工作环境,接受这项艰巨任务的。系统初样阶段,控制系统所有产品在测试时出现了几十个问题。为了确保在3个月时间内顺利通关,控制系统团队常常“白加黑”,试验室时常在半夜依然灯火通明。在项目研发期间,伺服系统团队的多数成员还是单身,宿舍在单位旁边。“很多同事因为住得近,所以经常加班加点。”伺服系统副主任设计师施金花说。2012年首次在国内运载火箭上应用的电动伺服系统与发动机第一次对接失败。“那时候组内年轻人压力很大,但是初生牛犊不怕虎,他们被激发了强烈的斗志,想到新点子后,队员还会在深夜12时跑去仿真实验室做试验验证。


  技术攻关,说到底是一轮又一轮枯燥的设计、分析、测试和排障。在攻坚阶段,一心扑在工作上的航天人,也总有些说不明道不清的遗憾。控制系统试验队队长、太原人周静,曾“三过家门而不入”。“在太原靶场发射试验时,她一步没有离开团队,每天夜以继日地工作。”周静同事说。


  研发团队不怕苦敢于拼的钻研精神,也来源于张卫东对每一位队员的高要求。说到团队里的年轻人,这位老航天人满脸洋溢着骄傲和自豪。“立项之初,队里都是新人,经验尚缺,但我对他们一直很有信心。”张卫东说,环境锻炼人,越艰苦的环境越锻炼人。航天人一定能够适应环境,而不会被它打败。坚信眼见为实的张卫东,时常出现在试验的第一现场,和成员们一起讨论、分析问题。


  “未来长六的技术会继续拓展,该型号还有新的规律有待探索,细节也有待完善。”张卫东说,“我们到达的不是终点,而仅仅是跨出了第一步。”


(作者:佚名)
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