中国航天报 2022-12-07 10:20
12月7日,快舟十一号固体运载火箭在我国酒泉卫星发射中心点火升空,成功将行云交通VDES试验卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功,标志着快舟运载火箭已初具型谱化格局,有力提升了低成本快速进入空间能力,对我国固体运载火箭航天运输系统快速发展具有重大而又深远的意义。
习近平总书记指出,探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。党的十八大以来,航天三江聚焦航天重大战略需要和国民经济建设发展急需,在国家航天局和中国航天科工的大力支持下,积极实施创新驱动发展战略,启动了快舟系列固体运载火箭的立项研制,践行新一代航天发射与应用重大战略部署。
谈及快舟十一号固体运载火箭研制历程,任务全线感慨万千:这是一部航天人的追梦史,更是一条研发团队艰苦创业路……
走一条别人没走过的路
早在2012年,航天三江便成功完成快舟一号固体运载火箭的方案飞行试验。2017年,该型火箭的升级版快舟一号甲固体运载火箭应运而生。
为进一步提升我国快速进入空间的能力,航天三江2014年开始快舟十一号固体运载火箭的科研攻关。“要走一条创新的路,走一条别人没有走过的路,唯有如此,快舟火箭才能在一众火箭中脱颖而出。”研制之初,快舟系列火箭梁总设计师对研发团队提出要求。不重复别人的老路,在自主研发中攻关核心和关键技术的理念深入研发团队每位成员心中。
由于很多技术当时在国内尚处空白,也没有研制经验可借鉴,大家只能摸着石头过河。在“两总”系统的带领下,总体与各分系统设计师集智攻关,把总体设计方案的创新做到极致,创新采用高载荷比快速发射运载火箭总体设计方案。“在立项评审会上,总体方案得到专家认可,认为火箭的方案设计思路很新颖,创新性很强,技术指标很高。”副总设计师陈总说。
创新路上,必有无数挑战
表面看来,与快舟一号甲固体运载火箭相比,快舟十一号固体运载火箭只是“个头”放大、“体重”增加,但其研制难度呈几何级数增长,许多风险难以预料。
在首次地面点火试验时,火箭的固体发动机发生了爆炸,“试验现场黑烟滚滚,一片狼藉,发动机、试车台、测试设备等全都炸坏了。”发动机设计师回忆起当时的情景仍心有余悸。
当晚,团队召开紧急会议,列举所有可能的故障。而后,通过大量的仿真和试验工作,一项一项地去验证、排除,找到失败原因,解决技术难点。为了提升某结构可靠性,团队尝试在关键部件上采用一体化方案。但是,由于壳体结构形式特殊,性能要求高,队员们经常驻扎系统外配套厂家现场,不间断跟产,分析试验数据,确保研制工作顺利推进。经过团队成员的不懈努力,最终攻克一体化技术,实现产品的轻质化、高可靠性、低成本,火箭发动机顺利通过环境试验、地面点火试验、飞行试验。
在解决火箭的固体动力之后,火箭上面级的液体动力——液体姿控动力系统成为了横亘在研制过程中的又一“拦路虎”。就在大家一筹莫展之际,梁总创新性提出了采用一项新技术,实现液体姿控动力系统结构功能一体化设计的全新技术路线,为团队指明了前进方向。经过5年的曲折坎坷,直到抽检试车成功后,大家悬着的心才稍微放了下来,终于啃下这块“硬骨头”。
为了提升火箭的载荷比(发射载荷质量与火箭起飞质量之比),必须在箭体重量上想办法,使火箭本身足够轻。为此,队员们绞尽脑汁,每“克”必争,长时间投入精力进行结构优化、材料筛选和实物验证,最终采用一种新型复合材料对箭体主结构进行轻量化设计,极大减轻了箭体的重量。同时,项目团队尽可能摸清火箭设计偏差量,探明火箭设计余量,能减则减,火箭载荷比有了大幅提升。
然而,火箭体积、重量大,车载机动发射历经的工况复杂,运输发射系统规模也变得非常庞大,导致全箭机动发射难度陡增,快舟的“快”将难以保证。
“运输发射系统所承载的负载太大了,很多技术在当时都是第一次尝试。”负责地面发射系统的队员们感叹创新的不易,他们白天顶着烈日酷暑试验,晚上熬夜分析数据试验。经过长时间的鏖战,研发团队通过对现有测发控系统进行一体化设计、运载火箭全系统智能测试网络设计和发射流程优化整合,攻克大吨位车载机动发射技术,实现了“一车一箭”无依托机动“一键式”快速测试发射。
航天三江党委书记、董事长冯杰鸿介绍,在快舟系列火箭研发过程中,航天三江探索采用社会化的发展模式,开创了“航天质量管理+灵活响应市场”的“快舟模式”。
创新,需要每个人竭尽所能
研制过程中,每一个分系统都面临着技术“瓶颈”和难题,全面可靠是每一个问题的最优解。
提升可靠性是提升火箭发射成功率的“秘籍”。控制系统团队大胆创新,运用通用化、模块化设计等新手段,提升了控制系统从单机到系统的全面可靠性;软件专业团队结合型号特点搭建模块化测试环境,测试了软件系统在火箭测试发射飞行过程中近两百种正常和异常工况下的正确性,全面验证了软件系统的健壮性;软件测试团队启用最新研发的仿真平台,实现了多人同时并行开展工作,极大提高了测试效率,缩短了测试周期。在质量复查中,团队向内发力,群策群力;向外借力,开展交叉测评,给软件质量加上了“双保险”。
准确预示火箭的一项气动性能是气动专业团队面对的最大技术难题,他们结合外部辅助分析,辗转多地开展试验验证后,长达几年的探索最终找到最合理的预示方法;“评审专家认为,我们对某因素影响分析还不够。”为了打消疑虑,提升某舱段分离技术的可靠性,结构专业团队创新采用了一种零重力试验方法,顺利完成验证试验并取得预期的效果;环境专业最“头疼”的事则是如何准确模拟火箭的飞行环境,现有的模态试验条件无法对这个“庞然大物”开展试验,环境专业团队收集整理国内外大量文献,沿着“化整为零,结零为整”的设计思路,开展相关技术攻关,成功解决了大中型固体火箭全箭模态试验的难题。
凭着这股子韧劲儿、拼劲儿,快舟火箭研发团队一路闯关夺隘,相继攻克了一系列技术难题,进一步突显了快舟系列运载火箭“移动测试对接、移动发射、移动云测控”等特点,提升快速发射能力,适应多样化发射任务。未来,快舟运载火箭研发团队将深入学习贯彻党的二十大精神,把个人奋斗梦融入中国航天梦,在加快建设航天强国的道路上越走越宽、越走越远……
来源:中国航天报
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