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赶超世界先进

神舟十一号”成功飞天!

—— 航天科技集团六院全系列动力为筑梦天宫全心推举 贴心护驾 暖心保障

来源:航天科技集团六院 1593 打印
2016.10.17

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2016年10月17日7时30分,举国关注的“神舟十一号”载人飞船,在位于西安航天基地的航天科技集团六院研制的金牌火箭长二F全系列发动机推举下,搭载着景海鹏、陈冬两名航天员飞向浩瀚天宇,即将与等候在太空一月有余的“天宫二号”空间实验室进行交会对接,两名航天员将在“神舟十一号”和“天宫二号”组合体中,开始长达一个月的太空生活,完成一系列空间实验,为我国建立大型空间站奠定坚实基础。

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“神舟十一号”载人飞船飞行发射,是我国载人航天金牌火箭长二F完成的第13次太空之旅,也是我国发射的第11艘宇宙飞船、第6艘载人飞船。在这次“神舟十一号”飞行发射及与“天宫二号”交会对接、长达1个月的太空中期驻留和航天员返回地面的全过程中,由航天科技集团六院研制的全系列动力系统,提供稳妥可靠的全心推举,贴心护驾,暖心保障。

全心推举,让每一个疑点都变成“放心点”

载人航天,人命关天。对火箭和飞船动力系统的要求,可谓极致严苛,必须确保万无一失,稳妥可靠,不允许出现一丝一毫的闪失。在此前的12次载人航天工程任务飞行发射中,航天科技集团六院研制的火箭发动机和空间推进系统,都表现完美,交出了优异的答卷,推举了5次12人次10名中国航天员实现飞天梦想。然而,面对第六次载人飞船发射,六院火箭发动机研制团队,仍然没有一丝一毫的懈怠。

众所周知,火箭发动机的工作环境非常恶劣,发动机启动瞬间,温度变化极端而剧烈,压力陡增130多倍,上万个零部件同时工作,一个微小失误就会导致不可想象的严重后果。特别是载人飞船发射,政治影响、经济影响、社会影响巨大,更是容不得动力系统出现任何一丝一毫的失误。

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“必须以如临深渊、临履薄冰的姿态,细上加细,严上加严,要让每一个疑点都变成放心点,决不把任何一个问题带上天”,航天科技集团六院院长刘志让虽然参与和组织领导了从神一到神十、天宫一号到天宫二号的所有长二F火箭发动机研制工作,但仍然感到重担在肩,压力巨大。

针对液体火箭发动机高温、超低温、高压、高速、强振动、单点失效等特点,六院在发动机设计、生产、制造、试验、交付等各阶段的检查、测试,要求做到:每一个零件、部件、组件、整机都必须达到零缺陷和百分之百可靠的要求。这一苛刻的质量管理要求,对六院科研人员来说则是最基本的要求,精益求精是他们不给风险留任何机会的“法宝”。

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自我国载人航天工程研制工作启动以来,六院始终坚持“从源头抓起,全过程受控,零缺陷管理,确保一次成功”的质量方针,认真组织开展“三个再认识”、“三个再吃透”和“六个百分之百”,特别是在前三次交会对接任务取得圆满成功后,该院及时总结成功经验,加强顶层策划、科学论证,认真反思近年来发动机研制工作出现的质量“疑点”,针对“神舟十一号”载人飞船飞行发射的任务要求,六院科研人员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,借鉴此前获得成功产品的成熟技术,拓展应用范围,运用信息化技术,有效开展数据包络分析,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,从设计和工艺上采取有效的风险控制措施,确保“神舟十一号”飞行任务全系列发动机的可靠性和安全性。

贴心护驾,让飞船每个动作都做到精准精确

载人航天用的发动机,无论是推力75吨级的火箭发动机,还是飞船上用于实施姿态控制的小推力姿控发动机,从一个零部组件到一条焊缝,都必须做到万无一失。而要确保动力系统在太空中精准可靠,就必须在地面生产检验各个环节,做到细上加细,严上加严。

众所周知,此次“神十一”载人飞船与“天宫二号”空间实验室实施交会对接后,两名宇航员要在太空中驻留长达一个月的时间,航天科技集团六院研制的“神舟十一号”飞船上48台姿控发动机和“天宫二号”空间实验室中26台姿控发动机,担负着全程保驾护航的职责。

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神舟十一号飞船推进分系统

“神舟十一号”飞船推进分系统,由返回舱推进子系统和推进舱推进子系统组成。“神舟十一号”与“天宫二号”在交会对接中一次次精准的定位、靠拢、调节,均要靠这些姿控发动机来完成。包括轨道提升、轨道修正、姿态控制、交会对接平移、返回再入制动等等,任何一个细小的动作,都要求精准精确。特别是为了应对空间实验室在太空中的多次变轨、调姿,六院科研人员研制安装了推进系统自动控制设备。当航天器出现轨道偏离或需要姿态调整时,这些设备可以自动感知到调整需求,并自动发出指令,让这些小姿控发动机中对应的一个或者几个工作起来,实现航天器位置的精确控制。

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发动机在太空中精准动作的背后,是六院科研人员对动力系统研制过程中工艺技术的极致追求。动力系统是一项非常复杂的系统工程,在发动机上,成千上万个零部组件连接在一起,少不了螺纹连接,传统的螺纹连接主要凭操作工人的经验来完成,六院科研人员对所有螺纹连接部位的结构形式、零件的材料、镀层、表面状态等进行了梳理、分类,甄别各部位螺纹连接的特点,并对发动机产品力矩校核的数据进行了包络分析,积累了大量数据,从而确定了发动机螺纹连接预紧力控制方法和措施,实现了螺纹连接预紧力全面量化控制的要求。与此同时,科研人员又及时总结规范操作的“六步工作法”,在工艺上配备各种专用的拧紧装配工装,开展大量极限力矩的校核试验,通过可见的数据,来保证控制措施的有效。

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在“神十一”载人飞船2500N发动机研制中,推力室头部喷注器需要微小孔加工,密密麻麻上百个,小孔细如发丝,而且撞击精度、角度、距离、孔径要求极为严苛。过去用手工加工,保证质量相当困难,还会产生毛刺,一不小心钻头就会断裂。为了确保精度,六院改进工艺方法,采用高速数控工艺加工微小孔,效率提高了4倍以上,经头部液流试验,精度提高了3倍。

暖心保障,为航天员打造温馨舒适的太空环境

要确保两名航天员景海鹏、陈冬的安全。而要确保航天员在太空中的生活舒适安全,就必须为航天员营造一个类似于地面一样的“家”:有适宜人类生存生活的温度,氧气等等。而要营造这样一个温馨的“家”,就要靠热控分系统和环控生保系统来提供。

热控分系统的作用是使飞船内保持一定的温度湿度,环控生保系统是为航天员创造合适的舱内生存环境条件,保障航天员在空间飞行的特殊环境下安全生活和正常工作。

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六院科研人员参与研制的热控分系统和环控生保系统,分别位于载人飞船的推进舱和轨道舱的舱壁内。环控、热控分系统主要采用流体换热技术进行温度控制,通过流体流动将船上产生的热量传递给外部辐射器,再通过辐射器将热量辐射到太空中。

在热控分系统中,六院科研人员承担了8种核心产品的研制任务,包括外回路循环泵、温控阀、自控阀、自锁阀、加排阀、补偿器、快速断接器和过滤器等共计20台产品,而为环控生保系统,六院研制提供了内回路循环泵和储能器两种产品。

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为了保证热控分系统和环控生保分系统的正常运行,需要泵和阀类产品驱动和控制流体介质。同发动机研制相比,载人飞船温控泵阀产品研制有其自己的特点,设计人员从设计、原材料采购、生产装配、试验验证到配合总体测试等全过程,严格把关。每一件产品在地面都要经过强度、气密性、以及冲击、振动、热环境等各种检测,直到满足所有性能指标为止。

飞船上的能源非常宝贵,产品不但要满足性能要求,还要重量轻、外形小巧。航天六院研制的最大补偿器体积不超过9.5升,最小的自控阀体积只有0.5升,别看“身材小”,但小产品凝练着大智慧,除了具备结构新颖简洁、可靠性高等优点外,还能够承受发射和在轨的复杂工作条件,为航天员提供了一个温馨舒适的太空环境。