——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(yuan)：中國航天科技集團(tuan)有限公司 發布時間：2020-12-24
11月3日，在太原衛星發(fa)射(she)中心(xin)，由航天科技八院研制的長征(zheng)四號乙運(yun)載(zai)火箭(jian)帶(dai)著4顆衛星升空(kong)。與此(ci)同時(shi)，在約600公里外(wai)的湖北(bei)省十堰市(shi)鄖西縣，柵格舵系統負(fu)責人(ren)陳雪(xue)巍(wei)抬頭(tou)仰(yang)望、掃視天空(kong)。終(zhong)于，在發(fa)射(she)六七分鐘后，一(yi)(yi)個小點出現在他的視野中，越(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)大、越(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)清晰，它(ta)就是完(wan)成任務的火箭(jian)一(yi)(yi)子級。這個長達(da)27米、直(zhi)徑3.35米的大家伙最(zui)終(zhong)落在了距離陳雪(xue)巍(wei)幾公里外(wai)的石(shi)頭(tou)山上(shang)。這一(yi)(yi)刻，他不是心(xin)驚膽戰(zhan)，而是心(xin)花怒(nu)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(xi)少的內(nei)陸火箭落區逐(zhu)步(bu)發展成人口稠(chou)密區域(yu)，再加(jia)上我國航天發射任務趨于高密度發展態勢，落區環境安全(quan)成為大眾關注的焦點。
在(zai)國(guo)(guo)外，火箭(jian)回(hui)收技(ji)術早已進入嘗試階段(duan)，有(you)些國(guo)(guo)家已經取得(de)過成功。在(zai)我國(guo)(guo)，精準(zhun)控(kong)(kong)制落區一直是航天人研究的課題。隨著技(ji)術的發(fa)展成熟，一子級柵(zha)格舵落區控(kong)(kong)制系統被提(ti)上(shang)日程。
長(chang)四乙火箭(jian)總設計師助理金益輝介紹：“之所(suo)以叫‘柵格(ge)舵(duo)’，是因為從外(wai)表(biao)看(kan)就(jiu)像給(gei)火箭(jian)安裝(zhuang)了4只(zhi)小(xiao)翅(chi)膀。這(zhe)翅(chi)膀不(bu)同于普通的平面翼，它(ta)是鏤(lou)空的，呈柵格(ge)狀，讓火箭(jian)看(kan)起來更(geng)像個大羽毛球。使用柵格(ge)舵(duo)系(xi)統，給(gei)無控(kong)的一子級裝(zhuang)上(shang)‘翅(chi)膀’，讓它(ta)不(bu)僅知道自(zi)己該往哪飛，而且還能飛到指(zhi)定(ding)地點去。”
此(ci)次發射中采(cai)用(yong)的(de)柵(zha)格舵是(shi)一種高(gao)效的(de)新型氣動穩定和(he)控制舵面，具有很好的(de)升力特性，緊貼箭體(ti)折疊安(an)裝，使用(yong)時再展開，不影(ying)響主(zhu)任務飛行。柵(zha)格舵系(xi)統飛行試驗(yan)的(de)成(cheng)功將大(da)幅(fu)改善落區環境安(an)全，為后(hou)續可重復使用(yong)運(yun)載火(huo)箭的(de)研制奠(dian)定堅實(shi)的(de)技術基礎。
目前來看，該(gai)系統可以(yi)使一子(zi)級落(luo)區(qu)范(fan)圍縮小(xiao)85%以(yi)上，極大(da)地(di)改善(shan)和(he)緩解落(luo)區(qu)環境(jing)的安(an)全，避免(mian)大(da)規模人員疏散、生命(ming)財產損失和(he)有(you)關糾紛，是積極履行社會責任和(he)發(fa)展(zhan)綠色航天的必然選擇，在各(ge)方面都具有(you)重要(yao)意(yi)義。
技術創新 高標準應對困難
全(quan)(quan)新的(de)型號、全(quan)(quan)新的(de)技術，可(ke)(ke)繼承的(de)太(tai)少(shao)、可(ke)(ke)借鑒的(de)更少(shao)……自主創新是唯(wei)一(yi)的(de)出路。
自開展研(yan)制工作(zuo)以來，柵(zha)(zha)格(ge)(ge)舵系(xi)統(tong)(tong)設計團隊(dui)、航天科(ke)技八院805所就高標準(zhun)、嚴要(yao)求，通(tong)過自主創(chuang)新(xin)、精益求精、刻苦鉆研(yan)，研(yan)發出“耐(nai)熱、輕質、堅固”可折展精準(zhun)轉動的柵(zha)(zha)格(ge)(ge)舵結構(gou)系(xi)統(tong)(tong)、低成(cheng)本高集成(cheng)度一體化電氣系(xi)統(tong)(tong)和(he)新(xin)模式獨立測量系(xi)統(tong)(tong)。
柵格(ge)舵電(dian)氣(qi)系(xi)統(tong)是(shi)控制(zhi)柵格(ge)舵的“大腦”，它(ta)通過(guo)發送指令(ling)指揮舵面(mian)偏轉，引導一子(zi)級箭體向(xiang)目標點飛行。據(ju)陳雪巍介紹，設(she)計(ji)團隊摒棄傳統(tong)繁雜(za)的電(dian)氣(qi)系(xi)統(tong)設(she)計(ji)思路，選(xuan)用了綜合(he)電(dian)子(zi)技術，將測量、導航(hang)控制(zhi)、遙測等功能整合(he)到一個長寬高(gao)都不到20厘米的小盒子(zi)中，大大簡(jian)化了系(xi)統(tong)規模(mo)。
“此(ci)次創(chuang)新使(shi)用(yong)了(le)鈦合金激光焊(han)接成形的工藝(yi)方(fang)法。”柵(zha)格舵生產團隊、800所(suo)宇航(hang)事業部柵(zha)格舵項目負責(ze)人周改超解釋。
精益求精 初心匠心保障質量
柵(zha)格舵產品的結構看似簡(jian)單，但尺寸精(jing)度要求極高(gao)，研制過程(cheng)中須(xu)經(jing)(jing)過大量(liang)反復和試錯，逐步(bu)摸索；產品從零件(jian)完工開(kai)始(shi)需經(jing)(jing)過組件(jian)裝配、激光焊(han)接(jie)、整體加工等多道工序，環(huan)環(huan)相扣，缺一不可。而這些必須(xu)由精(jing)益求精(jing)的匠心來(lai)保(bao)障。
在產品研制中(zhong)，團(tuan)隊遇到的(de)最大難題就是舵面的(de)制造。“整個柵格舵由幾十(shi)個部件互相卡箍和榫(sun)接(jie)組合(he)而成(cheng)，形成(cheng)近50個網格節點，產生7種焊(han)接(jie)厚度，焊(han)縫(feng)數(shu)量多(duo)達500多(duo)條，需(xu)要采用(yong)6軸機器(qi)人配(pei)合(he)直線(xian)導軌和兩軸變位機，同時兩面人工翻轉和專用(yong)裝置精確(que)裝配(pei)。”柵格舵系統(tong)生產團(tuan)隊、800所柵格舵項目技(ji)術負(fu)責人王業偉對于(yu)這些如數(shu)家珍。
為了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)個難題，研發中心激(ji)光(guang)焊接負(fu)責人胡佩佩及焊接團隊成員經過多次工藝(yi)方(fang)案專題討論，最終確定了(le)在(zai)產品零件精度(du)符合設計圖樣要求的基礎(chu)上，通過裝配(pei)型架保證舵(duo)面裝配(pei)精度(du)，選用激(ji)光(guang)自熔焊工藝(yi)方(fang)法(fa)確保舵(duo)面整體(ti)質量的柵格舵(duo)研制工藝(yi)方(fang)案，有效解(jie)決(jue)了(le)產品的工藝(yi)難題。
在不斷(duan)地技術創新和精益求精中(zhong)，柵(zha)格(ge)(ge)舵系統研制任(ren)務完美收(shou)官(guan)。然而，研制團隊(dui)并沒有滿(man)足于現有成(cheng)(cheng)績。“不久(jiu)的將來，我們將縮短(duan)柵(zha)格(ge)(ge)舵研制周期，降低研制成(cheng)(cheng)本，提高產品質量(liang)，實現柵(zha)格(ge)(ge)舵的批量(liang)化、半自動化生產。”周改超如是說。
【責任(ren)編輯(ji)：李子紅(hong)】
