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“金牌火箭”再出征“探月标准”保成功——长三乙火箭团队开展技术创新、加严质量管控圆满完成嫦娥四号发射任务记

     来源:中国航天报  发布时间:2018-12-09

长征三号甲系列运载火箭是我国目前高轨道上发射次数最多、成功率最高的火箭型号。

从1994年首飞成功至今,长征三号甲系列型号共完成了95次发射,成功率近98% 。从2007年10月24日至今,长征三号甲系列运载火箭已先后将嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、探月工程三期再入返回飞行试验器、嫦娥四号准确送入预定轨道。5次探月任务,100%发射成功率。

本次发射是80天内长三甲系列火箭完成的第5 次发射任务,平均一枚火箭的发射周期仅16天。

成功和纪录的背后,是火箭研制队伍对质量工作的严格把控、严慎细实的工作作风和永不停止的创新精神。

即便火箭具有如此高的成功率,研制团队也从没有停止创新的步伐。与发射嫦娥三号时的状态相比,承担嫦娥四号发射任务的长三乙火箭研制团队在提高火箭的适应能力和设计可靠性方面做足了功课,共进行了65项技术状态改进。

这些创新性的改进工作让“金牌火箭”可以更加从容地完成护送嫦娥四号奔赴月球背面的任务。

创新由点汇聚成面——入轨精度更高,加注后可延长一天发射

据长三乙火箭总指挥金志强介绍,探月工程任务对轨道高度和入轨精度要求都很高,要求火箭具备出色的适应能力、多样的发射轨道、精准的入轨精度。

长三乙火箭要将嫦娥四号发射到远地点约42万公里的轨道,相比嫦娥三号任务的38万公里,轨道更远,对火箭入轨精度的要求也就更高了。

针对嫦娥四号任务的特殊需求,研制团队展开了提高入轨精度的专项研制工作。

“我们在长征系列运载火箭中提出了组合导航滤波优化技术,解决了在硬件体制不变条件下进一步提高组合导航精度的难题,突破了地月转移轨道高精度入轨技术,可以有效保证入轨精度。”金志强说,相比嫦娥三号,这次火箭设计入轨精度提高了30%以上。

通常情况下,火箭加注低温推进剂之后就要立即发射,否则便会产生危险。而此次嫦娥四号发射的窗口设计跨度为两天,那么如何保障推进剂加注之后,火箭发射时间还能推迟到第二天呢?

为了降低发射实施风险,火箭系统开展了低温推进剂加注后、连接器不脱落状态下推迟24小时发射技术的专项研究工作。

通过细致入微的仿真分析、严谨全面的试验验证,研制团队先后突破了液氢蒸发量控制、输送系统阀门低温防护等难题,取得了大量技术突破和成果,火箭在低温加注后达到了适应两天内多个发射窗口的发射要求。

“这在国内尚属首次,如果把低温加注作为火箭发射准备就绪的标志,那么采用这一技术后,准备就绪的状态可以延长24小时,提高了火箭对任务的适应能力。”长三乙火箭总设计师陈闽慷介绍。

在这枚火箭的研制过程中,创新由点汇聚成面。小到班组,大到分系统、总体,技术创新和管理创新是火箭研制队伍的传统,也成了他们确保成功的不二法宝。

火箭上零部件成千上万,总装总测团队启用全流程追踪的工作模式,为产品质量“零缺陷”加上双保险。以打保险检查工作为例,一发火箭仅三子级就需要打保险400余个,操作人员完成操作后点上黑点,岗长检查完成后点上红点,避免漏检和重复检查,工作效率也得到了提升。

在此次任务中,一院211 厂火箭焊接车间采取岗位互助的方法,形成流水线作业,提高作业效率,仅用15 天就完成了火箭两个一级贮箱的焊接,创造了该车间的历史纪录。

为了不断提升伺服产品的可靠性,研制团队也作了诸多创新。例如,将“ 电源盒+压力传感器”两个产品变更为“内置电路的硅压阻式压力传感器”一个产品。“ 不仅提高了使用维护的方便性,还显著提升了伺服遥测参数采集的可靠性。”伺服系统负责人说。

类似的创新在这枚长三乙火箭上随处可见。

精心打造“探月标准”——产品层层筛选、优中选优,考核验证更充分

为了确保发射取得圆满成功,火箭研制队伍采取了一系列加严措施,强化质量管控。“我们通过全面落实责任制、择优配套产品、加强试验考核、严格技术状态管控、加强风险分析与控制等14个方面的工作,加严做好质量控制。”金志强说。

与上一次执行探月任务时相比,发射嫦娥四号的长三乙火箭一共进行了65项技术改进,分布在13个箭上和地面分系统。为了尽可能降低风险,减少技术首次应用带来的不确定性,研制人员统筹将各项改进在长三甲系列火箭执行其他任务过程中分批进行飞行验证,确保技术改进正确可行。

比如,发动机舱内的防水与防热可靠性改进,已经在今年10月的发射任务中进行了飞行考核验证;伺服机构的可靠性改进,也在两次以上的发射任务中得到了考核验证。

据统计,在嫦娥四号发射之前,65项改动中已有60项技术改进提前经过了飞行验证,使得此次任务的技术风险大幅降低。

一直以来,航天产品都以高品质、高要求著称。每一个元器件、每一个零件都有完备的指标考核体系,任何一个指标出现瑕疵都会在验收过程中遭到淘汰,失去冲向太空的资格。而要想成为探月任务的产品,还必须在合格的基础上做到更好。

“为了确保低温发动机质量过关,我们从零件、组件产品起就开始进行优选,对关键尺寸指标量化和测量,同时装配4台单机,选择性能最优的2 台用于嫦娥四号发射任务。”金志强说。

依靠这样的层层筛选、优中选优,研制团队将同批次产品中性能最优、指标最好的产品选出,用于执行嫦娥四号任务,从而助力长三乙火箭圆满完成嫦娥四号发射任务。

火箭产品在交付前需要进行各类检测和试验,从而检验产品性能、确认产品质量。在此次任务中,检测和试验格外严格,可谓打造了“探月标准”。

例如,在箭体结构系统产品试验中,贮箱产品的液压试验、气密试验、氦质谱检漏测试的持续时间都较之前增加了30%;在电气系统产品试验中,所有电气产品的通电老炼时间额外增加50小时,产品考核更加充分。

“在落实航天产品质量保证的基础上,我们从14个方面加严做好质量控制,形成了特有的‘探月标准’。”陈闽慷说。(魏经华)