——長征四號乙運載火箭柵格舵落區控制系統誕生記
文章來(lai)源(yuan)：中(zhong)國航天科技集團有(you)限公司 發布時間：2020-12-24
11月3日，在太(tai)原衛星(xing)發射中(zhong)(zhong)心，由航天科技八院研制的長征四號乙運載火(huo)箭(jian)帶著(zhu)4顆衛星(xing)升空。與此同(tong)時，在約600公里外的湖北省十(shi)堰市鄖(yun)西縣，柵格舵系統負責人陳(chen)雪巍(wei)抬頭仰(yang)望、掃視天空。終(zhong)于(yu)，在發射六七分鐘后，一個小點出現(xian)在他的視野(ye)中(zhong)(zhong)，越(yue)來越(yue)大、越(yue)來越(yue)清晰，它就(jiu)是完成任務(wu)的火(huo)箭(jian)一子級。這(zhe)個長達27米、直徑3.35米的大家伙最終(zhong)落在了(le)距離(li)陳(chen)雪巍(wei)幾公里外的石頭山上。這(zhe)一刻，他不(bu)是心驚膽(dan)戰，而是心花怒(nu)放(fang)。
綠色航天 落區范圍縮小85%
近年來(lai)，隨著我(wo)國經濟社(she)會的(de)(de)發展，原(yuan)來(lai)人(ren)(ren)煙稀少的(de)(de)內陸火(huo)箭落(luo)區(qu)逐步發展成人(ren)(ren)口(kou)稠密(mi)區(qu)域，再加上(shang)我(wo)國航天發射任務趨于高密(mi)度發展態(tai)勢，落(luo)區(qu)環境(jing)安全成為大(da)眾關注的(de)(de)焦點。
在國外(wai)，火箭回收技(ji)術早已進(jin)入(ru)嘗試(shi)階段，有些國家已經取得過成功(gong)。在我國，精準控制落區(qu)一(yi)直是航天人研(yan)究的課題。隨(sui)著(zhu)技(ji)術的發展(zhan)成熟，一(yi)子級柵格舵落區(qu)控制系(xi)統被提上日程。
長四乙(yi)火箭總設計師(shi)助理(li)金益輝介紹：“之所(suo)以(yi)叫‘柵(zha)格舵(duo)’，是因為從外表(biao)看就像給(gei)火箭安(an)裝了4只小(xiao)翅(chi)膀。這翅(chi)膀不同(tong)于普通的平面翼，它是鏤空(kong)的，呈柵(zha)格狀，讓(rang)火箭看起來更像個(ge)大羽(yu)毛球。使(shi)用柵(zha)格舵(duo)系統，給(gei)無控的一子(zi)級裝上‘翅(chi)膀’，讓(rang)它不僅知道自己該往哪飛，而且還能飛到指定(ding)地點(dian)去。”
此(ci)次發(fa)射(she)中(zhong)采用(yong)的柵(zha)格(ge)舵是(shi)一種(zhong)高效的新型(xing)氣動穩定和控制舵面(mian)，具有很好(hao)的升力特性，緊貼箭體折疊安裝，使用(yong)時再展開，不影響主任務(wu)飛行。柵(zha)格(ge)舵系統飛行試(shi)驗的成(cheng)功(gong)將大幅改善落區環境(jing)安全，為后(hou)續可重復使用(yong)運載火箭的研(yan)制奠定堅實的技術基礎。
目前(qian)來看(kan)，該(gai)系統(tong)可(ke)以使一子級落(luo)區(qu)(qu)范圍縮小85%以上，極(ji)(ji)大地改(gai)善和緩解落(luo)區(qu)(qu)環(huan)境的安全，避免大規模人員疏散、生命財產損失(shi)和有關糾紛，是積極(ji)(ji)履行社會責(ze)任和發(fa)展綠色航天的必然選擇(ze)，在各方面都具有重(zhong)要意義。
技術創新 高標準應對困難
全新(xin)的(de)型號、全新(xin)的(de)技術，可繼承(cheng)的(de)太少、可借鑒的(de)更少……自主創新(xin)是唯一(yi)的(de)出路。
自開展研(yan)(yan)制(zhi)工(gong)作以來，柵格(ge)舵系(xi)統(tong)設計團隊、航天科技(ji)八院805所就高標準、嚴要(yao)求(qiu)，通過自主創新、精益求(qiu)精、刻苦鉆研(yan)(yan)，研(yan)(yan)發出“耐熱、輕質、堅固”可折展精準轉動的(de)柵格(ge)舵結構系(xi)統(tong)、低成(cheng)本高集成(cheng)度(du)一體(ti)化電(dian)氣系(xi)統(tong)和新模(mo)式獨立測量系(xi)統(tong)。
柵(zha)格舵電氣(qi)系(xi)統是控制(zhi)柵(zha)格舵的(de)“大腦”，它通過發送(song)指(zhi)令指(zhi)揮舵面偏(pian)轉，引導一(yi)(yi)子(zi)級箭體向(xiang)目標點飛行。據陳(chen)雪巍介紹(shao)，設(she)(she)計團(tuan)隊摒棄傳統繁雜(za)的(de)電氣(qi)系(xi)統設(she)(she)計思路，選用了綜合電子(zi)技術，將(jiang)測(ce)量、導航控制(zhi)、遙測(ce)等功能整合到一(yi)(yi)個長寬高都(dou)不(bu)到20厘(li)米的(de)小盒子(zi)中，大大簡化了系(xi)統規模。
“此次創(chuang)新(xin)使用了(le)鈦合金(jin)激光焊(han)接成(cheng)形的工藝方法(fa)。”柵(zha)格舵(duo)生產團隊、800所宇航(hang)事業部柵(zha)格舵(duo)項(xiang)目負責人周改超解釋。
精益求精 初心匠心保障質量
柵(zha)格舵產品的(de)結(jie)構看似簡單，但尺寸(cun)精(jing)度(du)要求極高，研制過程中須(xu)經過大量反(fan)復和試錯，逐步摸索；產品從零件完工開始需經過組件裝配、激光(guang)焊接、整體加工等多(duo)道(dao)工序，環環相扣(kou)，缺一不可。而(er)這些必須(xu)由精(jing)益(yi)求精(jing)的(de)匠心來保障。
在產品研(yan)制中，團隊(dui)(dui)遇到(dao)的(de)(de)最大難題就(jiu)是舵(duo)面(mian)的(de)(de)制造(zao)。“整個柵(zha)格(ge)舵(duo)由幾(ji)十個部件(jian)互(hu)相(xiang)卡(ka)箍和榫接組(zu)合(he)而(er)成(cheng)，形成(cheng)近50個網格(ge)節點(dian)，產生(sheng)(sheng)7種(zhong)焊接厚(hou)度，焊縫數(shu)量(liang)多(duo)達500多(duo)條，需要采用6軸(zhou)(zhou)機(ji)器人(ren)配(pei)合(he)直線導軌和兩軸(zhou)(zhou)變(bian)位機(ji)，同(tong)時(shi)兩面(mian)人(ren)工翻轉和專用裝置精確裝配(pei)。”柵(zha)格(ge)舵(duo)系統(tong)生(sheng)(sheng)產團隊(dui)(dui)、800所(suo)柵(zha)格(ge)舵(duo)項目(mu)技術負責人(ren)王業(ye)偉對于這(zhe)些如數(shu)家珍。
為了解決(jue)這個難題(ti)，研發中心激(ji)光(guang)焊接負責人胡(hu)佩(pei)佩(pei)及焊接團(tuan)隊成員經過(guo)多次工藝(yi)方(fang)(fang)案專題(ti)討論，最終確(que)定了在產(chan)品零件精度符合設計圖(tu)樣要求的基(ji)礎上，通過(guo)裝(zhuang)配型(xing)架保證舵面裝(zhuang)配精度，選用激(ji)光(guang)自熔焊工藝(yi)方(fang)(fang)法確(que)保舵面整體質量的柵格舵研制(zhi)工藝(yi)方(fang)(fang)案，有效解決(jue)了產(chan)品的工藝(yi)難題(ti)。
在(zai)不(bu)斷地(di)技術創(chuang)新和(he)精益求(qiu)精中，柵格(ge)舵系統研制任務(wu)完美收(shou)官。然而，研制團隊并(bing)沒有滿足于現(xian)(xian)有成績。“不(bu)久的(de)將來，我們將縮短柵格(ge)舵研制周期，降低研制成本(ben)，提高產品質量，實(shi)現(xian)(xian)柵格(ge)舵的(de)批(pi)量化(hua)、半自動化(hua)生產。”周改超如是說。
【責任編輯：李(li)子紅】
