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精益求精,向綠色航天邁出堅實一步
——長征四號乙運載火箭柵格舵落區控制系統誕生記

文章來源:中國航天科技集團有限公司  發布時間:2019-12-24

11月3日,在太原衛星發射中心,由航天科技八院研制的長征四號乙運載火箭帶著4顆衛星升空。與此同時,在約600公里外的湖北省十堰市鄖西縣,柵格舵系統負責人陳雪巍抬頭仰望、掃視天空。終于,在發射六七分鐘后,一個小點出現在他的視野中,越來越大、越來越清晰,它就是完成任務的火箭一子級。這個長達27米、直徑3.35米的大家伙最終落在了距離陳雪巍幾公里外的石頭山上。這一刻,他不是心驚膽戰,而是心花怒放。

綠色航天 落區范圍縮小85%

近年來,隨著我國經濟社會的發展,原來人煙稀少的內陸火箭落區逐步發展成人口稠密區域,再加上我國航天發射任務趨于高密度發展態勢,落區環境安全成為大眾關注的焦點。

在國外,火箭回收技術早已進入嘗試階段,有些國家已經取得過成功。在我國,精準控制落區一直是航天人研究的課題。隨著技術的發展成熟,一子級柵格舵落區控制系統被提上日程。

長四乙火箭總設計師助理金益輝介紹:“之所以叫‘柵格舵’,是因為從外表看就像給火箭安裝了4只小翅膀。這翅膀不同于普通的平面翼,它是鏤空的,呈柵格狀,讓火箭看起來更像個大羽毛球。使用柵格舵系統,給無控的一子級裝上‘翅膀’,讓它不僅知道自己該往哪飛,而且還能飛到指定地點去?!?/p>

此次發射中采用的柵格舵是一種高效的新型氣動穩定和控制舵面,具有很好的升力特性,緊貼箭體折疊安裝,使用時再展開,不影響主任務飛行。柵格舵系統飛行試驗的成功將大幅改善落區環境安全,為后續可重復使用運載火箭的研制奠定堅實的技術基礎。

目前來看,該系統可以使一子級落區范圍縮小85%以上,極大地改善和緩解落區環境的安全,避免大規模人員疏散、生命財產損失和有關糾紛,是積極履行社會責任和發展綠色航天的必然選擇,在各方面都具有重要意義。

技術創新 高標準應對困難

全新的型號、全新的技術,可繼承的太少、可借鑒的更少……自主創新是唯一的出路。

自開展研制工作以來,柵格舵系統設計團隊、航天科技八院805所就高標準、嚴要求,通過自主創新、精益求精、刻苦鉆研,研發出“耐熱、輕質、堅固”可折展精準轉動的柵格舵結構系統、低成本高集成度一體化電氣系統和新模式獨立測量系統。

柵格舵電氣系統是控制柵格舵的“大腦”,它通過發送指令指揮舵面偏轉,引導一子級箭體向目標點飛行。據陳雪巍介紹,設計團隊摒棄傳統繁雜的電氣系統設計思路,選用了綜合電子技術,將測量、導航控制、遙測等功能整合到一個長寬高都不到20厘米的小盒子中,大大簡化了系統規模。

“此次創新使用了鈦合金激光焊接成形的工藝方法?!閉じ穸嬪哦?、800所宇航事業部柵格舵項目負責人周改超解釋。

精益求精 初心匠心保障質量

柵格舵產品的結構看似簡單,但尺寸精度要求極高,研制過程中須經過大量反復和試錯,逐步摸索;產品從零件完工開始需經過組件裝配、激光焊接、整體加工等多道工序,環環相扣,缺一不可。而這些必須由精益求精的匠心來保障。

在產品研制中,團隊遇到的最大難題就是舵面的制造?!罷穌じ穸嬗杉甘霾考ハ囁ü亢烷窘幼楹隙?,形成近50個網格節點,產生7種焊接厚度,焊縫數量多達500多條,需要采用6軸機器人配合直線導軌和兩軸變位機,同時兩面人工翻轉和專用裝置精確裝配?!閉じ穸嫦低成哦?、800所柵格舵項目技術負責人王業偉對于這些如數家珍。

為了解決這個難題,研發中心激光焊接負責人胡佩佩及焊接團隊成員經過多次工藝方案專題討論,最終確定了在產品零件精度符合設計圖樣要求的基礎上,通過裝配型架保證舵面裝配精度,選用激光自熔焊工藝方法確保舵面整體質量的柵格舵研制工藝方案,有效解決了產品的工藝難題。

在不斷地技術創新和精益求精中,柵格舵系統研制任務完美收官。然而,研制團隊并沒有滿足于現有成績?!安瘓玫慕?,我們將縮短柵格舵研制周期,降低研制成本,提高產品質量,實現柵格舵的批量化、半自動化生產?!敝芨某縭撬?。

【責任編輯:李子紅】

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