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5.4噸推進劑如何注入中國史上最復雜航天器?
最后更新: 2020-11-26 13:33:15嫦娥五號探測器是我國航天領(lǐng)域迄今最復雜、難度最大的航天器之一。這個“復雜性”體現(xiàn)在方方面面,其中在海南文昌航天發(fā)射場完成的探測器組合體加注尤值一提。
圖源:中國航天報
嫦娥五號攜帶的雙組元推進劑,總重有5450多公斤。加上推進分系統(tǒng)近590公斤的產(chǎn)品重量,整個推進分系統(tǒng)重量達6噸多,約占嫦娥五號探測器8.25噸總重量的四分之三。
根據(jù)型號總體的統(tǒng)計數(shù)據(jù),嫦娥五號共配置六百多臺(套)產(chǎn)品,推進分系統(tǒng)就占到了二百多臺(套),包括發(fā)動機、氣瓶、貯箱、閥門等。其中,僅發(fā)動機就有6類77臺,包含7500牛發(fā)動機、3000牛發(fā)動機、150牛發(fā)動機、120牛發(fā)動機、25牛發(fā)動機和10牛發(fā)動機。
推進分系統(tǒng)雙組元推進劑加注時,嫦娥五號已經(jīng)處于“四器”組合體狀態(tài)。四個器摞在一起加注,更加接近飛行時狀態(tài),可以簡化總裝流程,降低總裝技術(shù)風險,但比起單器狀態(tài),推進劑加注的難度和風險卻大了很多。后者只需準備一套簡單得多得加注系統(tǒng),如同加油站給車加油,加滿一輛再換另一輛。
“12個貯箱,要分成6組來加注;兩種貯箱類型,金屬膜片貯箱和表面張力貯箱;有需要抽真空的,有常壓的;有需要對推進劑降溫的,有希望保持常溫的,加注方式各不相同;加注順序還有交叉,要先加燃料,再加氧化劑,最后又回到燃料。此外,管子長、路數(shù)多、分叉多……需要關(guān)注的點多了很多?!辨隙鹞逄柼綔y器系統(tǒng)副總師、六院型號總師洪鑫這樣描述。
在他看來,嫦娥五號“四器”組合體狀態(tài)下的加注,是我國航天器加注史上最復雜的一次。
首先,加注方式變復雜了。 組合體狀態(tài)下的加注,與探測器的接口從單器狀態(tài)的五六個增加到近20個,加注用的產(chǎn)品端管子路數(shù)從五六路增加到了近20路。組合體狀態(tài)下,很多加注口位置抬高了,導致管路走向更加復雜、長度長了很多。以前,要保證管子不漏,只需照管好五六路、幾十米長的管子,現(xiàn)在則需要同時管好近20路、約三百米長的管子。需要進行抽真空加注的是上升器,處于探測器最頂端,位置最高,管路最長,既要保證不外漏,還要保證真空性能。管路性能檢測、調(diào)整改進的難度加大。
其次,操作難度大大增加。 在四器組合狀態(tài)下,嫦娥五號“摞起來高達八九米,很多凸出物如天線都裝好了,加注工人在操作時,猶如在高處探出半個身子鉆進設(shè)備叢林里,除了要精確完成自身操作外,所有其他產(chǎn)品都不能碰,連掉一個墊片都不行?!敝魅卧O(shè)計師趙京等人想了各種招數(shù)來杜絕風險,請來的師傅都是特級技師和資深的高級技師。探測器總體對此次加注也格外重視,專門做了大型操作平臺。
再次,對保障探測器質(zhì)量特性測量帶來了更多的不確定性。 探測器在加注全程蹲在一個質(zhì)測臺上,隨時測量重量、質(zhì)心位置,風的吹動都會帶來不可接受的測量干擾。近20路管子同時連在探測器上,有的內(nèi)部還有幾個大氣壓的壓力,如何確保對質(zhì)測不會產(chǎn)生干擾?加注團隊對此做了充分的考慮,優(yōu)化了末端設(shè)備的布局方案,在管路固定方式上反復調(diào)整,力求把干擾因素降到最低。同時,在加注狀態(tài)控制上也做了進一步細化,盡量排除每一個可能帶來干擾的因素。
留給加注的時間,包括設(shè)備與探測器連接、測試工作在內(nèi),只有8天,非常緊張。推進分系統(tǒng)行政副指揮林森介紹,按照以前的流程,通常是探測器來了再搭建最終管路,但如果嫦娥五號也這么做,只會把加注的時間拖得更長。
為了精確搭建管路,在洪鑫的帶領(lǐng)下,團隊成員自己動手搭了一個縮小版模型。 他們從淘寶上買來幾個箱子和不同顏色的軟管、三通等,仿照嫦娥五號探測器,搭建了個加注管路走向立體模型。設(shè)計師和工人提前在這個模型上進行演練,管路怎么走、探測器到位后怎么鋪設(shè)、每段加注完怎么撤收,提前想得明明白白。探月工程三期總設(shè)計師胡浩某次在查看現(xiàn)場后認為,“工作用心了!”
加注系統(tǒng)的設(shè)計方案是整個加注工作的核心要素。 擔任加注指揮的是副主任設(shè)計師孫迎霞。在進入加注準備階段的2個月內(nèi),她精心繪制了加注系統(tǒng)圖,反復推敲、討論,不厭其煩地更改了近30稿?!氨WC正確那僅僅是最基本的要求,”洪鑫認為,“一幅簡潔、美觀、一目了然且能盡可能反映設(shè)備、房間、崗位關(guān)系的系統(tǒng)圖,非常有助于保證加注工作的高效、高質(zhì)量完成?!壁w京主任設(shè)計師發(fā)現(xiàn):“看了最終版的系統(tǒng)圖后,我居然很快地能把有一百多個閥門、近二百個部件的整個加注系統(tǒng)以及各部件的代號一點不差地背了下來了?!?
正是因為這些用心的辦法,他們在實際加注過程中,做到了零失誤、一次成功,以很高的精度在計劃時間內(nèi)完美實現(xiàn)了預定目標。
這次加注工作得到了嫦娥五號探測器總指揮兼總設(shè)計師楊孟飛院士的高度肯定。向來要求苛刻的他,破天荒地多次贊賞了加注工作。他甚至把團隊成員精心繪制的加注系統(tǒng)圖要來收藏,因為“畫得太漂亮了?!?
(中國航天報記者 索阿娣 趙聰)
標簽 嫦娥五號- 原標題:5.4噸推進劑如何注入中國史上最復雜航天器?
- 責任編輯: 林鈴錦 
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