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神舟十二号飞船的“金牌动力”:多次完成发射任务,被赞“神箭”

来源:南方财经网    2021-06-17 14:15:23

  2021年6月17日9时22分,长征二号F遥十二运载火箭托举着载有聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员的神舟十二号载人飞船驶向太空。时隔5年,航天英雄们再次出征,向着浩瀚宇宙,迈出中国建造空间站的坚定步伐。

  今年4月29日和5月29日,我国空间站天和核心舱与天舟二号货运飞船先后成功发射,本次神舟十二号载人飞船作为我国空间站关键技术验证及建造阶段首飞的载人飞船,将搭载着3名航天员与空间站天和核心舱及天舟二号货运飞船组合体实施前向快速交会对接。3名航天员将在太空“入住新家”,开始为期三个月的在轨驻留,开展舱外维修维护、设备更换、科学应用载荷等一系列操作。

  红星新闻记者了解到,作为我国唯一集运载火箭主动力系统,轨姿控动力系统及空间飞行器推进系统研究、设计、生产、试验为一体的专业研究院,航天科技集团六院在此次载人航天工程任务中,承担着长征二号F运载火箭与神舟十二号飞船上的各种主推力及姿轨控发动机、热控分系统及生命保障系统泵阀等的研制任务,并配套了返回舱、推进舱两套推进子系统和9种22台泵阀产品。

  六院院长王万军表示:“液体动力产品在载人航天等重大任务中堪当大任是六院的无尚光荣,全体六院人胸怀两个大局,心系载人航天,打造性能更加可靠、更加卓越的动力产品,坚决履行好使命责任,为建设航天强国做出更大贡献。”

  精益求精

  金牌动力护送航天员出征太空

  有着功勋火箭、金牌火箭之誉的长征二号F运载火箭是目前我国唯一用于载人发射的火箭型号,此前已先后护送11位航天员、5艘无人飞船、6艘载人飞船和2个空间实验室进入太空,每一次任务都是由航天科技集团六院提供动力系统,圆满完成了光荣而艰巨的使命。

  载人航天工程任务是一项系统工程,一次完整的载人航天飞行,需要品种各样、功能各异、高可靠性的主发动机、助推发动机、高空发动机、姿态控制发动机和轨道转移发动机,功能从运载火箭的主要动力装置扩展到神舟飞船轨道的变换和修正、姿态控制,应用范围十分广泛。而在发射任务及后续航天员即将开展的系列科研试验中,高质量、高稳定、高安全度的火箭发动机和空间推进系统的研制,就成为了关键中的关键。

  尽管此前长征二号F运载火箭已经拥有多次圆满完成发射任务的骄人发射纪录,被予以“神箭”美誉。六院发动机研制团队依然秉持着“载人航天、人命关天”的理念,坚持确保高可靠、高安全性,对在试车、飞行中曾出现的问题进行全面反复的梳理,充分开展“回想”和“预想”工作,对可能出现问题的地方进行复核复查,并做好相关预案。通过进行技术创新、管理创新等一系列措施,打造更为牢固的载人航天动力系统,确保稳妥可靠、万无一失。以严苛的工作态度,深挖细究,以国际一流的水准和高度,确保发射任务圆满完成。

  稳妥可靠

  消除薄弱环节确保零隐患上天

  中国首个空间站建设特别是此次神舟十二号载人飞船发射任务,要求动力产品必须做到追求极致,尽善尽美。为提升产品可靠性,六院科研人员对任何可能存在潜在隐患的环节都格外敏感,甚至是“吹毛求疵”,只要能提升一丁点可靠性,都会付出百分之百的努力。为确保发射场质量控制,六院科研团队系统总结长征二号F火箭保成功的做法,并充分借鉴其他型号好的质量工作方法,进一步细化、完善、提升载人航天工作标准,按照“8+8”工作思路,围绕8个工作要点与8个检查确认,明确64项质量工作项目和80项计划。

  相对于长征二号F遥十一火箭,本次发射的遥十二火箭共有108项技术状态变化。六院11所科研团队在短时间内围绕设计、生产、研制管理以及近年来该型发动机完成任务情况进行举一反三的质量复查,梳理和提出改进措施,并创新性提出六个百分百确认质量控制措施,不断对发动机进行完善和技术改进。振动问题是发动机研制过程中的顽疾,一旦出现薄弱环节,就可能会给发射任务埋下隐患。六院科研团队举一反三,从确保载人飞船发射任务万无一失出发,提出更为严苛的要求,对发动机进行技术改进,消除了薄弱环节,减低了振动量级,确保发动机产品零隐患上天。

  突破传统

  创新技术手段助力发动机革新改进

  为提高生产效率及产品加工质量,六院7103厂利用3D打印工艺革新传统加工方法,使得发动机可靠性进一步得到提升。在本次火箭配套发动机16项工艺状态变化中,具有典型代表性的是发动机推力室隔板加强肋的工艺改进。加强肋是发动机隔板夹层内流通通道的关键构件,主要用于保证发动机的燃烧稳定性。该产品之前采用熔模精密铸造工艺生产,受产品特殊结构限制,生产工艺流程长且复杂,配套设备多且依赖性强,使得合格率和生产效率受限。

  熔模精密铸造工艺

  3D打印技术的应用实现了加强肋产品加工方法的“双创新”:一方面实现了工艺制造技术创新,突破了传统工艺制造难题,解决了因结构限制导致产品合格率低的问题;另一方面实现了高效、快捷、绿色的制造模式创新,突破传统制造模式低生产效率瓶颈,解决了多种废液、粉尘气味等环保问题,可直接制备出形状复杂、性能稳定的产品。相比于传统铸件,产品尺寸精度及稳定性更高,产品多项性能指标接近甚至超过传统铸件历史最高值。

  多重保障

  实现空间站时代首次载人快速交会对接

  此次“神舟十二号”载人飞船与空间站核心舱的交会对接任务,将由飞船上的推进系统完成精准定位、靠拢、调节等任务,担负全程保驾护航的职责。除此之外,推进系统还将为飞船变轨机动、姿态调正及定向、飞船脱离飞行轨道返回地面以及飞船返回再入大气层等提供动力。而组成载人飞船推进分系统的返回舱推进子系统和推进舱推进子系统,正是由六院801所负责研制。

  与以往神舟系列载人飞船不同的是,“神舟十二号”载人飞船在轨停靠时间长达3个月,为至今我国载人飞船在轨停靠时长之最。针对该任务要求,六院801所科研团队为载人飞船推进分系统量身定制了多项质量改进措施,系统分析可能存在的薄弱环节和风险,进一步辨识设计关键特性、工艺关键特性和过程控制关键特性,有效开展数据包络分析和相关验证试验,通过有针对性的风险分析,特别对一些不可检测项目的分析,以最全面的风险控制、全过程产品零缺陷以及最严格的密封安全措施,从设计和工艺上采取有效的风险控制措施,确保神舟十二号推进系统的可靠性和安全性。

  喷注器环小孔检测系统

  除此之外,科研团队为了保证推进系统的可靠性,采取了大量的冗余设计,保证发生一次故障,推进分系统仍能照常工作;即便发生两次故障,仍能保证航天员安全返回。

  长征二号F火箭遥十二发射任务是我国空间站关键技术验证及建造阶段载人飞行的首战,承载着非凡的历史意义。六院党委书记刘志让表示,“参与如此重要的国家重大工程任务,六院始终将‘国之大者’铭于心践于行,用液体动力的一次又一次成功,高质量完成时代重任,以更加优异的发展成绩庆祝建党100周年!”

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