——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)天科技集團有限公司 發布時間：2020-12-24
11月3日，在(zai)太原衛(wei)星(xing)發(fa)射中心，由航天(tian)科(ke)技八(ba)院研制的(de)長征四號(hao)乙運載火箭帶著4顆(ke)衛(wei)星(xing)升空。與(yu)此同時(shi)，在(zai)約600公(gong)里(li)(li)外(wai)的(de)湖北(bei)省十堰市(shi)鄖西(xi)縣，柵格(ge)舵(duo)系統(tong)負責人陳(chen)雪(xue)巍抬頭(tou)仰望、掃(sao)視天(tian)空。終于(yu)，在(zai)發(fa)射六七分鐘(zhong)后，一個小點出現在(zai)他的(de)視野中，越(yue)來越(yue)大、越(yue)來越(yue)清晰，它就是(shi)完成任務的(de)火箭一子級。這(zhe)個長達(da)27米(mi)、直徑3.35米(mi)的(de)大家伙最終落(luo)在(zai)了距離陳(chen)雪(xue)巍幾(ji)公(gong)里(li)(li)外(wai)的(de)石頭(tou)山上。這(zhe)一刻，他不是(shi)心驚膽戰，而是(shi)心花(hua)怒放(fang)。
綠色航天 落區范圍縮小85%
近年來，隨著(zhu)我國經濟社會的發(fa)展，原(yuan)來人(ren)煙稀少的內陸火(huo)箭(jian)落區逐(zhu)步發(fa)展成人(ren)口(kou)稠密區域(yu)，再加上我國航天發(fa)射(she)任務(wu)趨于高密度發(fa)展態勢，落區環境(jing)安(an)全(quan)成為大眾(zhong)關注的焦點(dian)。
在(zai)(zai)國外，火箭(jian)回收技(ji)術(shu)早(zao)已(yi)進(jin)入(ru)嘗(chang)試階(jie)段，有些國家(jia)已(yi)經取(qu)得過成功。在(zai)(zai)我國，精準控(kong)制落區(qu)一直是航天人研究(jiu)的課題。隨(sui)著技(ji)術(shu)的發展(zhan)成熟，一子級柵格舵(duo)落區(qu)控(kong)制系統被提上日(ri)程。
長四乙火箭(jian)(jian)(jian)總設計(ji)師助(zhu)理金(jin)益輝介紹：“之所以叫(jiao)‘柵格舵’，是(shi)因(yin)為(wei)從(cong)外(wai)表看就像給火箭(jian)(jian)(jian)安裝了4只小翅膀。這翅膀不同于普通(tong)的平面翼(yi)，它是(shi)鏤(lou)空的，呈(cheng)柵格狀，讓(rang)火箭(jian)(jian)(jian)看起來更像個大羽毛球。使用柵格舵系統，給無(wu)控的一子(zi)級裝上‘翅膀’，讓(rang)它不僅知道自己該往哪(na)飛，而且還能飛到指(zhi)定地點去(qu)。”
此次發射中采用的柵(zha)格舵是一種高(gao)效的新型氣動(dong)穩定和控制(zhi)舵面(mian)，具(ju)有很好(hao)的升力特(te)性，緊(jin)貼(tie)箭體折疊安裝，使用時再展開，不影響主(zhu)任務飛行(xing)。柵(zha)格舵系(xi)統飛行(xing)試驗的成(cheng)功(gong)將大幅(fu)改善落區環(huan)境安全，為后續可重(zhong)復使用運載火(huo)箭的研制(zhi)奠定堅實(shi)的技術基礎。
目前來(lai)看，該系統(tong)可以(yi)使(shi)一(yi)子級落區(qu)范圍縮小85%以(yi)上，極大(da)地改善和(he)(he)(he)緩解落區(qu)環境的(de)安全，避免大(da)規模人員疏散(san)、生命財(cai)產(chan)損失(shi)和(he)(he)(he)有關糾紛，是積極履行社會責任和(he)(he)(he)發展綠色航天的(de)必然(ran)選擇，在各(ge)方面都具有重要意(yi)義。
技術創新 高標準應對困難
全(quan)新的(de)型號、全(quan)新的(de)技術，可(ke)繼(ji)承的(de)太少(shao)、可(ke)借鑒的(de)更少(shao)……自主創新是唯一的(de)出(chu)路。
自開展研(yan)制工作以(yi)來，柵格舵系(xi)(xi)統設計(ji)團隊、航天科技(ji)八院(yuan)805所就高標準、嚴(yan)要求，通過自主創新、精益求精、刻苦鉆研(yan)，研(yan)發出“耐熱、輕質、堅固(gu)”可折(zhe)展精準轉動的柵格舵結(jie)構系(xi)(xi)統、低(di)成(cheng)(cheng)本高集(ji)成(cheng)(cheng)度(du)一(yi)體化電氣系(xi)(xi)統和(he)新模式獨(du)立測量(liang)系(xi)(xi)統。
柵格舵電(dian)氣系統(tong)是控制柵格舵的“大(da)(da)腦”，它通(tong)過(guo)發送指令指揮舵面偏轉，引導一子級箭體向目標點(dian)飛行。據陳雪巍介紹，設(she)計(ji)團隊摒(bing)棄傳統(tong)繁雜的電(dian)氣系統(tong)設(she)計(ji)思路，選(xuan)用了(le)綜合電(dian)子技術，將測(ce)量、導航控制、遙測(ce)等功能整合到(dao)(dao)一個長寬高都(dou)不到(dao)(dao)20厘(li)米的小盒子中(zhong)，大(da)(da)大(da)(da)簡化了(le)系統(tong)規(gui)模(mo)。
“此次創新使用了鈦合金激(ji)光(guang)焊接成形的工藝方法。”柵格舵生產團隊、800所宇航事業部柵格舵項(xiang)目負責(ze)人(ren)周改超解釋。
精益求精 初心匠心保障質量
柵格舵產品的(de)(de)結構(gou)看似簡單，但尺寸精度(du)要求(qiu)極高(gao)，研(yan)制過程(cheng)中(zhong)須(xu)經過大(da)量反(fan)復和試錯(cuo)，逐步摸索；產品從(cong)零件(jian)完工開始需經過組件(jian)裝配、激(ji)光焊接、整體加工等多道(dao)工序，環環相扣，缺一不可。而(er)這些必(bi)須(xu)由(you)精益求(qiu)精的(de)(de)匠心來保障(zhang)。
在產品(pin)研(yan)制中，團(tuan)隊遇到的(de)最(zui)大難題就(jiu)是舵面(mian)(mian)的(de)制造。“整個柵(zha)格(ge)(ge)舵由幾十個部件互相卡箍和榫接(jie)組合而成(cheng)，形成(cheng)近50個網格(ge)(ge)節(jie)點(dian)，產生(sheng)7種焊(han)接(jie)厚度(du)，焊(han)縫(feng)數(shu)量(liang)多(duo)達500多(duo)條，需要采(cai)用(yong)6軸(zhou)機器人配合直線導軌和兩軸(zhou)變位機，同(tong)時兩面(mian)(mian)人工翻(fan)轉(zhuan)和專用(yong)裝(zhuang)置精確裝(zhuang)配。”柵(zha)格(ge)(ge)舵系統生(sheng)產團(tuan)隊、800所柵(zha)格(ge)(ge)舵項目技術(shu)負責人王業偉對于這些如數(shu)家珍(zhen)。
為了(le)解(jie)決這個難(nan)題(ti)(ti)，研(yan)發中心(xin)激(ji)光(guang)焊接負責(ze)人胡佩(pei)(pei)佩(pei)(pei)及焊接團隊成員經過多次工(gong)(gong)藝(yi)方(fang)(fang)案專題(ti)(ti)討論，最終確(que)定(ding)了(le)在產品零(ling)件(jian)精(jing)度符合設計圖樣要求的基礎上，通過裝配型架保證舵(duo)面裝配精(jing)度，選(xuan)用激(ji)光(guang)自熔焊工(gong)(gong)藝(yi)方(fang)(fang)法確(que)保舵(duo)面整體質量的柵格舵(duo)研(yan)制工(gong)(gong)藝(yi)方(fang)(fang)案，有效(xiao)解(jie)決了(le)產品的工(gong)(gong)藝(yi)難(nan)題(ti)(ti)。
在不斷(duan)地技術創新和(he)精益求精中，柵格(ge)舵系統(tong)研(yan)制(zhi)任務(wu)完(wan)美(mei)收官。然而，研(yan)制(zhi)團(tuan)隊并沒有滿足于現有成績。“不久的(de)將(jiang)來，我(wo)們將(jiang)縮短柵格(ge)舵研(yan)制(zhi)周期，降低研(yan)制(zhi)成本(ben)，提高產品質量，實現柵格(ge)舵的(de)批量化(hua)、半自動化(hua)生產。”周改超如是(shi)說。
【責任編輯：李子紅】
