——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(guo)航(hang)天科技集(ji)團有(you)限公(gong)司(si) 發布時(shi)間：2020-12-24
11月3日，在太(tai)原衛星發射中(zhong)心(xin)，由航天科技八(ba)院研制的(de)(de)長征四號乙運載火(huo)(huo)箭帶著4顆衛星升空(kong)。與此(ci)同時，在約600公里外的(de)(de)湖北省(sheng)十(shi)堰市鄖西(xi)縣，柵格舵系統負責人(ren)陳雪(xue)巍(wei)抬頭仰望、掃視天空(kong)。終于(yu)，在發射六七分鐘后，一(yi)個(ge)小(xiao)點出(chu)現在他(ta)的(de)(de)視野中(zhong)，越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大、越(yue)(yue)來越(yue)(yue)清晰，它就是(shi)完成任務的(de)(de)火(huo)(huo)箭一(yi)子級。這(zhe)個(ge)長達27米、直徑3.35米的(de)(de)大家伙最終落在了距離陳雪(xue)巍(wei)幾(ji)公里外的(de)(de)石頭山(shan)上。這(zhe)一(yi)刻，他(ta)不(bu)是(shi)心(xin)驚膽戰，而(er)是(shi)心(xin)花怒放。
綠色航天 落區范圍縮小85%
近年(nian)來(lai)，隨著我國經濟社(she)會(hui)的發(fa)展(zhan)，原來(lai)人(ren)煙稀少的內陸火箭落區逐步發(fa)展(zhan)成(cheng)人(ren)口稠(chou)密區域，再加(jia)上我國航天發(fa)射任務趨于高(gao)密度發(fa)展(zhan)態勢，落區環境安全成(cheng)為大眾關(guan)注的焦點。
在國外，火箭回收技(ji)術(shu)早已進入嘗試階段，有些(xie)國家(jia)已經取得過成功。在我國，精準(zhun)控制落區(qu)(qu)一(yi)直是航天人研究(jiu)的課題(ti)。隨著技(ji)術(shu)的發(fa)展(zhan)成熟，一(yi)子(zi)級柵(zha)格舵落區(qu)(qu)控制系統(tong)被(bei)提上日程。
長四乙火(huo)(huo)箭(jian)總設計師助理(li)金益輝(hui)介紹：“之所(suo)以叫(jiao)‘柵(zha)格(ge)舵’，是因為從外表(biao)看就(jiu)像給火(huo)(huo)箭(jian)安裝了4只小翅(chi)(chi)膀。這翅(chi)(chi)膀不同于普通的平面翼，它是鏤空(kong)的，呈柵(zha)格(ge)狀，讓(rang)(rang)火(huo)(huo)箭(jian)看起來更(geng)像個(ge)大羽毛(mao)球。使(shi)用柵(zha)格(ge)舵系(xi)統，給無控的一子(zi)級裝上‘翅(chi)(chi)膀’，讓(rang)(rang)它不僅知道自己該(gai)往哪飛，而且還能飛到指定地點去。”
此次(ci)發射中采用的(de)(de)柵格(ge)舵是(shi)一(yi)種高效(xiao)的(de)(de)新型氣(qi)動穩定和控制舵面，具有很好(hao)的(de)(de)升力特性，緊貼箭體折疊安(an)(an)裝，使(shi)用時再展(zhan)開，不影響主(zhu)任務飛行。柵格(ge)舵系統飛行試驗的(de)(de)成功將(jiang)大(da)幅改善落(luo)區環境安(an)(an)全(quan)，為后續可重復使(shi)用運載火箭的(de)(de)研制奠定堅(jian)實的(de)(de)技(ji)術基礎。
目前來看，該系統(tong)可以(yi)使一子級落區(qu)范圍縮小85%以(yi)上，極(ji)大(da)地改善和緩解落區(qu)環(huan)境的安(an)全，避免大(da)規模人員疏散、生命財產(chan)損失和有關糾紛，是積(ji)極(ji)履行(xing)社會(hui)責任和發展(zhan)綠(lv)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(quan)新的型號(hao)、全(quan)新的技術(shu)，可繼(ji)承的太少(shao)、可借鑒的更少(shao)……自(zi)主創新是唯(wei)一的出路。
自開展研制工作以(yi)來，柵格(ge)舵系統(tong)(tong)設計團隊、航(hang)天科技八院805所就高(gao)標準、嚴要求，通過自主創(chuang)新、精(jing)(jing)益求精(jing)(jing)、刻苦鉆研，研發出“耐熱、輕(qing)質、堅固”可折展精(jing)(jing)準轉動的柵格(ge)舵結構系統(tong)(tong)、低成(cheng)(cheng)本高(gao)集成(cheng)(cheng)度一(yi)體化電(dian)氣系統(tong)(tong)和新模式獨立測量系統(tong)(tong)。
柵格舵(duo)電(dian)氣系(xi)統(tong)(tong)是控制(zhi)柵格舵(duo)的“大(da)腦”，它通過發送指(zhi)令指(zhi)揮舵(duo)面偏(pian)轉，引導一子級箭(jian)體(ti)向目標點飛行。據陳雪巍(wei)介(jie)紹(shao)，設(she)(she)計團隊摒(bing)棄傳統(tong)(tong)繁雜的電(dian)氣系(xi)統(tong)(tong)設(she)(she)計思路，選用了(le)綜合電(dian)子技術，將測量、導航控制(zhi)、遙測等(deng)功能整合到(dao)一個長寬(kuan)高(gao)都(dou)不到(dao)20厘米(mi)的小盒(he)子中，大(da)大(da)簡化了(le)系(xi)統(tong)(tong)規模。
“此次創(chuang)新使用(yong)了鈦(tai)合金激光(guang)焊接成形的工藝(yi)方法。”柵(zha)格舵(duo)生產團(tuan)隊、800所宇航(hang)事業部柵(zha)格舵(duo)項目(mu)負責(ze)人(ren)周(zhou)改超解釋。
精益求精 初心匠心保障質量
柵格舵(duo)產品的結構看似簡單，但尺寸精(jing)度要求(qiu)極高，研制(zhi)過程中須經過大量反復和試錯，逐(zhu)步摸索；產品從零件完工(gong)開始需經過組(zu)件裝配、激光焊接、整(zheng)體加工(gong)等(deng)多道工(gong)序，環環相扣，缺一不可。而這些必須由精(jing)益求(qiu)精(jing)的匠心來保障(zhang)。
在產品研制(zhi)中，團隊遇到的(de)(de)最大難(nan)題就是舵面(mian)的(de)(de)制(zhi)造。“整個(ge)柵(zha)格舵由幾十(shi)個(ge)部件互相卡(ka)箍和榫接(jie)(jie)組合而(er)成，形成近50個(ge)網格節點，產生(sheng)7種焊(han)接(jie)(jie)厚度，焊(han)縫數量(liang)多(duo)達(da)500多(duo)條(tiao)，需要采(cai)用6軸機器(qi)人配合直線導(dao)軌和兩軸變位機，同時兩面(mian)人工翻(fan)轉和專用裝置精確裝配。”柵(zha)格舵系統生(sheng)產團隊、800所柵(zha)格舵項目技術負責(ze)人王(wang)業偉(wei)對于這些(xie)如數家珍。
為(wei)了(le)(le)解(jie)決這個難題，研(yan)發(fa)中心激光焊接負責人胡佩佩及焊接團隊成員(yuan)經過(guo)多次(ci)工藝(yi)(yi)方(fang)案專題討(tao)論，最終確定了(le)(le)在產品(pin)零件精度(du)符合設計(ji)圖樣要(yao)求的基礎上(shang)，通(tong)過(guo)裝配型架保證舵面(mian)裝配精度(du)，選用激光自熔(rong)焊工藝(yi)(yi)方(fang)法確保舵面(mian)整體質(zhi)量(liang)的柵格舵研(yan)制(zhi)工藝(yi)(yi)方(fang)案，有效解(jie)決了(le)(le)產品(pin)的工藝(yi)(yi)難題。
在不斷地技術(shu)創新和精益求精中，柵格舵系統(tong)研(yan)制(zhi)任(ren)務完美(mei)收官。然而，研(yan)制(zhi)團隊并沒有(you)滿(man)足于現有(you)成績。“不久的將(jiang)來，我們將(jiang)縮短柵格舵研(yan)制(zhi)周(zhou)期(qi)，降(jiang)低研(yan)制(zhi)成本，提高產品質量(liang)(liang)，實(shi)現柵格舵的批(pi)量(liang)(liang)化、半自動(dong)化生產。”周(zhou)改超如是說(shuo)。
【責任編輯：李子紅】
