十年磨一“箭”,今朝问苍穹——快舟十一号创新纪实

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十年磨一“箭”,今朝问苍穹——快舟十一号创新纪实

2022年12月08日 06:37 来源:光明日报
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视频:快舟十一号遥二运载火箭发射成功来源:中国新闻网

  12月7日,快舟十一号固体运载火箭发射任务取得圆满成功,这标志着快舟运载火箭已初具型谱化格局,有力提升了我国低成本快速进入空间的能力。这对我国固体运载火箭航天运输系统快速发展,具有重大而深远的意义,它的研制历程,就是在走一条别人没走过的艰苦创新路。

  创新,是以新颖的思路填补空白

  快舟系列固体火箭,是十年磨一“箭”。10年前,卫星互联网等星座部署初步兴起,国际、国内出现了对卫星批量发射的需求,而固体运载火箭成本低、可靠性高、保障要求低、快速发射能力强,正可以满足市场需求。中国航天三江集团有限公司(以下简称“航天三江”)的研发团队敏锐洞察到,发展小型固体运载火箭,将成为支撑航天强国建设的重要发展方向。

  快舟系列火箭的创新设想萌发。最先“出生”的是运载能力较小的快舟一号。2017年,它的升级版,快舟一号甲,成功实现中国商业航天首次飞行试验,目前仍常态化发射。

  但运载能力必须再提升,1吨级固体运载火箭的空白必须填补。2014年,快舟十一号固体运载火箭开始攻关。

  当时,很多技术在国内尚处空白,也没有研制经验可借鉴。

  “就是要走一条创新的路,走一条别人没有走过的路,唯有如此,快舟火箭才能脱颖而出。”快舟系列火箭总设计师梁纪秋要求,在自主研发中攻关核心和关键技术。

  不重复老路,就是要对标世界先进技术,抢占技术创新高地,就得把创新做到极致。为此,研发团队在设计之初,就死磕“创新”。他们最终拿出的高载荷比快速发射运载火箭总体设计方案,被评审专家认为“思路很新颖,创新性很强,技术指标很高。”

  表面看来,与快舟一号甲相比,快舟十一号固体运载火箭只是尺寸的增加、推力的提升,但实际上,其研制难度呈几何级数增长,许多风险难以预料。

  爆炸,发生了!首次地面点火试验时,发动机爆炸。刹那间,黑烟滚滚,发动机、试车台、测试设备全都被炸坏,试验现场一片狼藉。

  “最让人受挫的是,这意味着一切归零,此前的努力和进展全部白费。”发动机设计师焦晓亮说。

  创新路上,失败不可避免,但更重要的是,从失败中汲取经验教训,鼓起从头再来的勇气。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。

  商业火箭,既要可靠,还要降低成本,为此,研发团队创新性地引入民营配套厂家。但这也带来新的问题——为提升火箭发动机的可靠性,团队尝试在关键部件上采用一体化方案,可由于壳体结构形式特殊,性能要求高,民营配套厂家的技术难以满足要求。

  遇到问题,解决它。研发团队驻扎民营配套厂家,全程跟产,分析试验数据,确保研制进度。功夫不负有心人,最终,他们攻克了一体化技术,实现了高可靠性、低成本,火箭发动机顺利通过试验。

  “大胆引进民营企业,不仅提高了资源配置效率,降低了产品生产成本,还提高了研发组织效率,缩短了产品生产周期。”航天三江党委书记、董事长冯杰鸿说,这也是快舟系列火箭研发过程中,开创的“快舟模式”。

  创新,是数不清的失败与重来

  航天发展,动力先行。在解决了火箭动力之后,火箭上面级的动力——液体姿控动力系统成了横亘在研制过程中的又一“拦路虎”。

  “研制道路太过曲折,中间失败然后推翻重来的次数,一只手都数不过来,时间成本的损失更不用提了。”负责该系统设计的人员说。由于该系统技术难度大,研制进展艰难,发射时间一再推迟。

  就在大家一筹莫展之际,梁纪秋提出了一项创新技术,实现了液体姿控动力系统结构功能一体化设计的全新技术路线,这可真是暗夜中的一盏明灯。

  可即便如此,液体姿控动力系统的验证试验,仍然经历了“首次失败后成功,随后又失败再成功”的5年曲折坎坷,直到最后试车成功,大家悬着的心才稍微放下:“终于啃下这块‘硬骨头’。”

  动力技术难题突破,火箭就有了足够大的推力;另一方面,在箭体重量上想办法,也能使火箭本身足够轻——每减去箭体1克重量,意味着增加1克的有效载荷,留给卫星的选择就更大。

  为此,研发团队绞尽脑汁,每“克”必争,在结构优化、材料筛选和实物验证上,耗尽了时间和精力。最终,他们创新性地采用新型复合材料,对箭体主结构进行轻量化设计,极大减轻了箭体的重量。研发团队还尽可能摸清火箭设计偏差量,探明火箭设计余量,能减则减,让火箭的载荷比有了大幅提升。

  可迎面又是一个“拦路虎”——火箭尺寸大、载荷大、工况复杂,运输发射系统规模也变得非常庞大,这让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不易,白天顶着烈日酷暑,晚上熬夜分析数据试验。一场鏖战,通过对现有测发控系统一体化设计、运载火箭全系统智能测试网络设计和发射流程优化整合,大吨位车载机动发射技术被攻克,实现了“一车一箭”无依托机动“一键式”快速测试发射。

  创新,是给每个问题最优解

  研制快舟十一号固体运载火箭,每一个分系统都面临着技术“瓶颈”和难题,而给每个问题最优解,才能保证全面可靠。

  提升可靠性,就能提升火箭发射成功率。为此,控制系统团队大胆运用通用化、模块化设计等新手段,提升了控制系统的全面可靠性;软件专业团队测试了火箭测试发射飞行中,近200种正常和异常工况下的正确性;在质量复查中,研发团队大胆引入交叉测评,给质量加上了“双保险”;测控通信团队通宵对比上百个参数、共计几十万行数据,拼接出最全面、最准确的结果。

  “评审专家认为,我们对某因素影响分析还不够。”结构专业团队面对这样的难题,只一个信念:“不够,就把它补足。”为了打消疑虑,提升某舱段分离技术的可靠性,他们创新采用了一种零重力试验方法,顺利完成验证,取得预期的效果。

  环境专业团队最“头疼”的事,是如何准确模拟火箭的飞行环境,可现有的试验条件无法对这个“庞然大物”开展试验,他们收集国内外大量文献,沿着“化整为零,结零为整”的思路,开展攻关,成功解决了大中型固体火箭全箭模态试验的难题。

  十年磨一“箭”,正是凭着这股子韧劲儿、拼劲儿,快舟运载火箭研发团队一路闯关夺隘,相继攻克了液体姿控动力系统、大推力火箭发动机、高载荷比快速发射、大吨位车载机动发射、无依托快速测发等一系列先进技术,进一步凸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。

  披星戴月,深入偏远山沟,这些都算不得什么……大胆设想,小心求证,细致验证,最终,这些平凡岗位上的航天人,一点一点创造出快舟十一号固体运载火箭的胜利。

  (本报记者 詹媛)(来源:光明日报)

【编辑:叶攀】
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