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十年磨一“箭”,今朝問蒼穹——快舟十一號固體運載火箭創新紀實

發布時間:2022-12-08 09:17:00來源: 光明網-《光明日報》

  光明日報記者 詹媛

  12月7日,快舟十一號固體(ti) 運載火箭發射任務取得圓滿成功,這標誌著快舟運載火箭已初具型譜化格局,有力提升了我國低成本快速進入空間的能力。這對我國固體(ti) 運載火箭航天運輸係統快速發展,具有重大而深遠的意義(yi) ,它的研製曆程,就是在走一條別人沒走過的艱苦創新路。

  創新,是以新穎的思路填補空白

  快舟係列固體(ti) 火箭,是十年磨一“箭”。10年前,衛星互聯網等星座部署初步興(xing) 起,國際、國內(nei) 出現了對衛星批量發射的需求,而固體(ti) 運載火箭成本低、可靠性高、保障要求低、快速發射能力強,正可以滿足市場需求。中國航天三江集團有限公司(以下簡稱“航天三江”)的研發團隊敏銳洞察到,發展小型固體(ti) 運載火箭,將成為(wei) 支撐航天強國建設的重要發展方向。

  快舟係列火箭的創新設想萌發。最先“出生”的是運載能力較小的快舟一號。2017年,它的升級版,快舟一號甲,成功實現中國商業(ye) 航天首次飛行試驗,目前仍常態化發射。

  但運載能力必須再提升,1噸級固體(ti) 運載火箭的空白必須填補。2014年,快舟十一號固體(ti) 運載火箭開始攻關(guan) 。

  當時,很多技術在國內(nei) 尚處空白,也沒有研製經驗可借鑒。

  “就是要走一條創新的路,走一條別人沒有走過的路,唯有如此,快舟火箭才能脫穎而出。”快舟係列火箭總設計師梁紀秋要求,在自主研發中攻關(guan) 核心和關(guan) 鍵技術。

  不重複老路,就是要對標世界先進技術,搶占技術創新高地,就得把創新做到極致。為(wei) 此,研發團隊在設計之初,就死磕“創新”。他們(men) 最終拿出的高載荷比快速發射運載火箭總體(ti) 設計方案,被評審專(zhuan) 家認為(wei) “思路很新穎,創新性很強,技術指標很高。”

  表麵看來,與(yu) 快舟一號甲相比,快舟十一號固體(ti) 運載火箭隻是尺寸的增加、推力的提升,但實際上,其研製難度呈幾何級數增長,許多風險難以預料。

  爆炸,發生了!首次地麵點火試驗時,發動機爆炸。刹那間,黑煙滾滾,發動機、試車台、測試設備全都被炸壞,試驗現場一片狼藉。

  “最讓人受挫的是,這意味著一切歸零,此前的努力和進展全部白費。”發動機設計師焦曉亮說。

  創新路上,失敗不可避免,但更重要的是,從(cong) 失敗中汲取經驗教訓,鼓起從(cong) 頭再來的勇氣。當晚,團隊召開緊急會(hui) 議,列舉(ju) 所有可能的故障。而後,通過大量的仿真和試驗工作,一項一項地去驗證、排除,找到失敗原因,解決(jue) 技術難點。

  商業(ye) 火箭,既要可靠,還要降低成本,為(wei) 此,研發團隊創新性地引入民營配套廠家。但這也帶來新的問題——為(wei) 提升火箭發動機的可靠性,團隊嚐試在關(guan) 鍵部件上采用一體(ti) 化方案,可由於(yu) 殼體(ti) 結構形式特殊,性能要求高,民營配套廠家的技術難以滿足要求。

  遇到問題,解決(jue) 它。研發團隊駐紮民營配套廠家,全程跟產(chan) ,分析試驗數據,確保研製進度。功夫不負有心人,最終,他們(men) 攻克了一體(ti) 化技術,實現了高可靠性、低成本,火箭發動機順利通過試驗。

  “大膽引進民營企業(ye) ,不僅(jin) 提高了資源配置效率,降低了產(chan) 品生產(chan) 成本,還提高了研發組織效率,縮短了產(chan) 品生產(chan) 周期。”航天三江黨(dang) 委書(shu) 記、董事長馮(feng) 傑鴻說,這也是快舟係列火箭研發過程中,開創的“快舟模式”。

  創新,是數不清的失敗與(yu) 重來

  航天發展,動力先行。在解決(jue) 了火箭動力之後,火箭上麵級的動力——液體(ti) 姿控動力係統成了橫亙(gen) 在研製過程中的又一“攔路虎”。

  “研製道路太過曲折,中間失敗然後推翻重來的次數,一隻手都數不過來,時間成本的損失更不用提了。”負責該係統設計的人員說。由於(yu) 該係統技術難度大,研製進展艱難,發射時間一再推遲。

  就在大家一籌莫展之際,梁紀秋提出了一項創新技術,實現了液體(ti) 姿控動力係統結構功能一體(ti) 化設計的全新技術路線,這可真是暗夜中的一盞明燈。

  可即便如此,液體(ti) 姿控動力係統的驗證試驗,仍然經曆了“首次失敗後成功,隨後又失敗再成功”的5年曲折坎坷,直到最後試車成功,大家懸著的心才稍微放下:“終於(yu) 啃下這塊‘硬骨頭’。”

  動力技術難題突破,火箭就有了足夠大的推力;另一方麵,在箭體(ti) 重量上想辦法,也能使火箭本身足夠輕——每減去箭體(ti) 1克重量,意味著增加1克的有效載荷,留給衛星的選擇就更大。

  為(wei) 此,研發團隊絞盡腦汁,每“克”必爭(zheng) ,在結構優(you) 化、材料篩選和實物驗證上,耗盡了時間和精力。最終,他們(men) 創新性地采用新型複合材料,對箭體(ti) 主結構進行輕量化設計,極大減輕了箭體(ti) 的重量。研發團隊還盡可能摸清火箭設計偏差量,探明火箭設計餘(yu) 量,能減則減,讓火箭的載荷比有了大幅提升。

  可迎麵又是一個(ge) “攔路虎”——火箭尺寸大、載荷大、工況複雜,運輸發射係統規模也變得非常龐大,這讓全箭機動發射難度陡增,快舟的“快”將難以保證。

  “運輸發射係統所承載的負載太大了,很多技術在當時都是第一次嚐試。”負責地麵發射係統的隊員們(men) 感歎創新不易,白天頂著烈日酷暑,晚上熬夜分析數據試驗。一場鏖戰,通過對現有測發控係統一體(ti) 化設計、運載火箭全係統智能測試網絡設計和發射流程優(you) 化整合,大噸位車載機動發射技術被攻克,實現了“一車一箭”無依托機動“一鍵式”快速測試發射。

   創新,是給每個(ge) 問題最優(you) 解

  研製快舟十一號固體(ti) 運載火箭,每一個(ge) 分係統都麵臨(lin) 著技術“瓶頸”和難題,而給每個(ge) 問題最優(you) 解,才能保證全麵可靠。

  提升可靠性,就能提升火箭發射成功率。為(wei) 此,控製係統團隊大膽運用通用化、模塊化設計等新手段,提升了控製係統的全麵可靠性;軟件專(zhuan) 業(ye) 團隊測試了火箭測試發射飛行中,近200種正常和異常工況下的正確性;在質量複查中,研發團隊大膽引入交叉測評,給質量加上了“雙保險”;測控通信團隊通宵對比上百個(ge) 參數、共計幾十萬(wan) 行數據,拚接出最全麵、最準確的結果。

  “評審專(zhuan) 家認為(wei) ,我們(men) 對某因素影響分析還不夠。”結構專(zhuan) 業(ye) 團隊麵對這樣的難題,隻一個(ge) 信念:“不夠,就把它補足。”為(wei) 了打消疑慮,提升某艙段分離技術的可靠性,他們(men) 創新采用了一種零重力試驗方法,順利完成驗證,取得預期的效果。

  環境專(zhuan) 業(ye) 團隊最“頭疼”的事,是如何準確模擬火箭的飛行環境,可現有的試驗條件無法對這個(ge) “龐然大物”開展試驗,他們(men) 收集國內(nei) 外大量文獻,沿著“化整為(wei) 零,結零為(wei) 整”的思路,開展攻關(guan) ,成功解決(jue) 了大中型固體(ti) 火箭全箭模態試驗的難題。

  十年磨一“箭”,正是憑著這股子韌勁兒(er) 、拚勁兒(er) ,快舟運載火箭研發團隊一路闖關(guan) 奪隘,相繼攻克了液體(ti) 姿控動力係統、大推力火箭發動機、高載荷比快速發射、大噸位車載機動發射、無依托快速測發等一係列先進技術,進一步凸顯了快舟係列運載火箭“移動測試對接、移動發射、移動雲(yun) 測控”等特點,提升快速發射能力,適應多樣化發射任務。

  披星戴月,深入偏遠山溝,這些都算不得什麽(me) ……大膽設想,小心求證,細致驗證,最終,這些平凡崗位上的航天人,一點一點創造出快舟十一號固體(ti) 運載火箭的勝利。

(責編:李雨潼)

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