中新網1月6日電 在此次舉世矚目的嫦娥三號月球探測任務中,由中國航天科技集團公司第六研究院研製的動力系統,扮演了非常關鍵的角色。這些動力系統,既有為嫦娥三號發射提供長三乙火箭的一、二級和助推級發動機,更有為著陸器提供整個落月過程中的推進分系統。這些多種型號、功能各異、不同推力的發動機組成了強大的動力“聯盟”,上演了一場驚心動魄的動力大“接力”。
  這場接力大賽,由第一級火箭發動機率先發出震天撼地的轟鳴,推舉嫦娥三號飛離地球,飛向太空,然後二級,三級發動機依次點火,相繼完成賦予它的神聖使命。
  “壓軸”出場的著陸器推進分系統,由一個7500N變推力發動機和近30個台推力較小的姿控發動機構成。俗話說,一個好漢三個幫,可是嫦娥三號探測器要實現落月,就必須得做到一個好漢將近30個幫手!更為關鍵的是,無論是充當“好漢”的7500N變推力發動機,還是擔任“幫手”的近30台小姿控發動機,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,每一個發動機既要各負其責,又要密切配合。對於六院研製團隊來說,推進分系統研製過程中的艱辛與曲折,更是家常便飯。
  嫦娥三號推進系統“減重”的背後:研製人員“減肥”
  與嫦娥一號、二號推進系統相比,嫦娥三號推進系統完全是一個嶄新的動力系統,除變推力主發動機外,還包括十多台150N和十幾台10N姿控發動機。這些發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,並要按預定指令實現該“出手”時就“出手”,再“出手”時不“含糊”的工作狀態,這其中的技術難點不在少數。
  “基於嫦娥三號重量、構型的特殊要求,為推進系統‘瘦身’無疑成為首要課題,必須在短時期內研製出高可靠、輕質的單機產品,精力大量投入則是必然的。”嫦娥三號推進系統副指揮李和軍如是介紹。
  經過仔細分析,研製人員發現,10N的小姿控發動機就像一個細長的小白酒盅,身段輕盈,無“肥”可減。於是六院研製人員將目光鎖定在貯箱、氣瓶、7500N及150N發動機等的減重設計上,由此帶來諸多關鍵技術的突破反而成為推進系統的一大“亮點”。如研製成功輕質、大容積複合材料纏繞式金屬膜片貯箱;利用無焊縫鋁合金內襯複合材料纏繞氣瓶設計製造技術有效對氣瓶減重;甚至連在系統中占比不高的自鎖閥也不“放過”,進行小型化改進。一系列關鍵難點一經攻剋,有效地解決了推進系統的減重問題,也確保總體方案可行,為我國後續深空探測任務提供了寶貴的技術積累。
  “減重不僅是特定局限在推進系統,參與研製的科研人員也都‘減肥’了。”嫦娥三號推進系統行政指揮戴德海介紹道,“以往成熟型號的飛行任務,團隊里老、中、青‘混搭’,這次無論是從事管理還是技術崗位的人員,只要參與嫦娥三號推進分系統研製,必須經過培訓和考核,持證上崗,挑選精兵強將,縮小隊伍規模,全是‘老搭檔’,最大限度地消除了‘新手’和‘新單位’參與的風險,使整個研製隊伍的‘可靠性’大大提高了。”
  嫦娥三號落月舞姿“穩準柔”的背後:精嚴細
  此次由航天六院研製的著陸器推進分系統無論是模式的複雜性、功能的多樣性,亦或是工作環境的惡劣程度,堪稱歷史之最。落月過程要求發動機多種推力工況“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”,需要發動機具備深度節流能力,傳統發動機根本無法實現。為使嫦娥三號的月球“第一步”穩、準、柔,航天六院整整用了五年時間,為落月“量身訂製”了7500N變推力發動機,這也是我國首台具備大範圍變推力工作能力的液體發動機。作為推進系統的唯一主發動機,可實現大範圍階躍式變推力及無級變推力,首次“亮相”就承擔動力系統接力“最後一棒”的重任,航天六院科研人員的壓力可想而知。
  常規情況下,從論證設計到產品交付,研製一種新型發動機至少需要十年時間。五年即交付,還要擔任“主力”,產品質量能保證嗎?我們可以從一張質量複查單中找到蛛絲馬跡:著陸器推進分系統二百多根導管、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字里,就能看出航天六院在管控質量方面所下功夫之“精”。其實,嫦娥三號推進分系統的設計、生產、試驗由六院所屬的西安、北京、上海的多家單位共同承擔。三地輾轉協調的局面無形之中增添了管理難度,但得益於六年前航天液體動力重組的實施,六院依托專業技術優勢,在內部優選所需組件,進而達到避免重覆研製、降低研製風險、加快研製進度的效果。
  如果把發動機比作“心臟”,一根根導管無疑就是輸送“養分”的血管。能為嫦娥三號“服務”,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後,保證他們絕對是“優等生”。首先要經過清洗、酸洗、內窺鏡“腸道”檢查;內外焊縫除了進行內窺鏡檢查外,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:“聽起來是複雜,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。”看似繁瑣的檢查工序,窺視到的僅是航天六院質量管理的“冰山一角”,也正是因為有了這些嚴苛和細緻的質量管理措施,推進系統才能在任務執行中,實現嫦娥三號落月的穩妥、精準與柔美。
  嫦娥三號推進系統表現滿分的背後: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”的背後,只有從事這項工作的人才能體會其中的艱辛與挑戰。航天六院嫦娥三號推進系統的研製過程並非“一蹴而就”、“完美無瑕”,而是一波三折。今年3月,在對即將交付的產品進行電性能測試時,研製人員發現一個電磁閥開啟時間超出設計要求僅有幾毫秒,這突如其來的變故急壞了整個研製團隊,交付迫在眉睫,產品又必須保證“滿分”,怎麼辦?航天六院立即啟動歸零工作,抓總研製單位六院所屬的801所第一時間組裝了備份產品交付總體,並將問題產品拆卸,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技術力量進行分析、試驗、仿真計算,同步啟動數據及生產過程複查等工作。經過一個月的努力,終於找到問題所在,故障機理得到驗證,並通過專家評審。
  為確保萬無一失,他們對所有閥門採取補充措施,徹底消除疑點和隱患。推進系統主任質量師鐘徐說:“型號研製過程中,嚴格技術狀態控制,嚴格全過程管理,動態開展技術風險分析和控制工作,對發生的質量問題嚴格按五條標準進行雙歸零,確保產品可靠,這是六院長久以來的要求,我們也是一直這樣執行的。”
  即使經過再多的試驗和驗證,太空中的複雜境況也難以全部預估,各種未知風險皆可能出現。例如,嫦娥三號長時間在軌,推進系統能否保證不泄漏?一次性使用的金屬膜片貯箱,交付後不可測試,擠出效率如何保證?無備份的產品,一旦發生單點故障,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”的質量管理思路,要求研製人員“技術回頭看,問題提前想”,針對發動機工作過程中可能出現的故障,制定了相應的故障控制預案,配合總體梳理出一條發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,確保發動機高質量圓滿完成飛行任務。
  在瞭解到嫦娥三號複雜的工況要求和特殊的任務特點,特別是採用了多項國內首次應用的新技術後,也有人對推進系統能否達到高性能、高可靠、高精度的要求表示擔心,航天六院質量技術部副部長譚鬆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的‘領跑者’,具有相當量的成熟技術和核心技術儲備,推進分系統發動機的研製,充分汲取了國內現有液體動力技術的‘精華’和先進經驗,對發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,關鍵數據得到有效驗證,質量與可靠性更是從設計源頭貫穿至終,哪怕有更多的‘高難度’動作要求,我們依然充滿信心。”(範麗蘇 蔣蔚)  (原標題:揭秘“嫦娥”心臟研製團隊:1個好漢加30個幫)
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