谷神星一号已实施5次海上发射。研制这款海陆通用火箭有哪些难点?
海陆通用火箭要同时适应陆地与海上两种截然不同的发射环境,最主要的是要适应海上高温、高湿、高盐雾的“三高”环境并应对高海况带来的多重挑战。海上恶劣环境极易侵蚀箭体结构、影响电子设备性能,甚至干扰卫星载荷的稳定性。对此,工程师从两方面进行突破:一是对箭体进行全密封强化设计,采用特殊防腐涂层与密封材料,提升整体环境适应性;二是为发射系统配备智能温控保温舱,实时调节舱内温湿度,为火箭和卫星打造恒温恒湿的过渡环境。
从单次发射迈向高密度发射。星河动力前3发火箭发射间隔比较长,团队准备时间相对充足。在进入高密度发射阶段后,整个体系都面临重构。比如生产环节,原来单批次零部件生产可以慢慢打磨,现在要同时保障3发火箭的总装,供应链稍有脱节就会断档。更关键的是团队能力的迭代,原来一个工程师负责一个分系统,现在要同时对接3个批次的测试任务。
火箭一级发动机喷管扩张段烧蚀异常,导致火箭姿态出现异常,最后发射任务失利。事后,我们立刻启动归零程序,组织专家对箭体残骸进行逐层拆解分析,最终发现喷管扩张段某一个螺丝孔内壁存在细微裂纹。这是供应商在钻孔时因进给速度控制不当产生的应力损伤。就是这个肉眼难以察觉的缺陷,在高温高压环境中被迅速扩大,导致喷管烧蚀异常,最终引发姿态失控。
这次失利给了我们沉重一击,但也让我们清醒认识到:航天工程里没有小问题。过去九连胜让科学家成员多少有些松懈,当时的工艺文件对螺丝孔加工的进给速度、冷却方式等细节规定得不够明确。
痛定思痛后,我们从三个维度进行全面整改:一是联合相关单位对工艺规程操作进行优化,组织开展相关人员培训;二是启动质量提升工程,在设计端增加30%的极限工况验证,验收端建立“双人双机”复核制度;三是改革外协管理模式,对核心供应商实施“派驻工程师+过程审计”,每季度开展质量追溯演练。
当前商业航天市场中,中小型星座的发射需求正在快速增长,很多客户需要将1吨左右的载荷送入特定轨道,而且对“专箭发射”的时效性要求很高。目前我们的产品矩阵里,谷神星一号运载火箭主要覆盖300公斤以下的载荷,智神星一号液体火箭则聚焦2.5吨至7吨的中大型任务,1吨级左右的运力区间急需填补。研发谷神星二号运载火箭就是为了填补这个空白。
从技术特点来看,谷神星二号运载火箭是“站在‘前辈’肩膀上创新”。它继承了谷神星一号运载火箭成熟的技术框架,使研发风险显著降低。同时,我们在可靠性上做“加法”,哪怕某一系统出现异常,其他系统能立刻接管控制。陆海通用能力的升级是另一大亮点。相比谷神星一号运载火箭,谷神星二号运载火箭的“陆海同型”设计更彻底,一些关键技术得到了升级。
最关键的创新体现在运载效率上。我们对四级轨姿控系统进行优化,使其运载效率比谷神星一号运载火箭提升40%以上。以700公里太阳同步轨道为例,谷神星二号运载火箭一次能将4颗250公斤级卫星送入不同轨道面,相当于用更少的燃料完成更复杂的部署任务。
这一阶段工作就像给一台精密仪器安装核心零件,既要确保每个零件运转正常,又要验证零件组合后的协同效果。该型火箭计划今年首飞,年内大概会安排两三次发射任务,明年我们计划将发射频次提升至5发至10发。
“多往车间跑、多去试验场看”
火箭研究工程师团队已经接近500人,覆盖火箭总体设计、动力系统、控制系统、结构机构、总装测试等专业。结构设计岗的年轻人,除了要学有限元分析软件的进阶用法,还要系统掌握材料力学在箭体承力分析中的实际应用。
不过,真正的成长,一定是在工程实践里“摔打”出来的。从画第一张控制流程图,到记录地面试车参数,再到在发射场做箭上设备调试,每个环节都尽可能让他们参与。
工程师也离不开工程实践。刚上班时,一位学长给了我一份总体参数表,上面写了几十种设备。当时,我看着那些名称根本没概念,也记不住。后来,我去总装现场学习了几天,很快就把这些设备名称记熟了,还把它们在火箭上的实际用途、工作方式对应起来,对它们的功能也有了更深入的理解。