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不断提升 让嫦娥揽月更美——变推力发动机质量提升侧记
来源:西安航天动力研究所 | 发布时间:2019-01-03关闭此页

     经过26天的“长途跋涉”并“养精蓄锐”后,一月三日上午10点26分,低调得似乎都有些淡出公众视野的嫦娥四号月球探测器厚积薄发,完成了人类航天史上的一项壮举——成功软着陆在月球背面的南极(艾特肯盆地冯卡门撞击坑)。至此,这项略显“隐忍不发”色彩的“月球远征计划”终于度过了最困难和最惊险的时刻;至此,由我所研制的变推力发动机圆满完成使命。


    媒体如此形容变推力发动机的表现,既“推的精,飞的稳”,又“变的妙,落的准”;而揭开变推力发动机研制团队历程的帷帐,一幕幕感动和辛酸呈现在面前,让人唏嘘扼腕。


试验论证精益求精


     凌晨,我所试验大厅依然灯火通明。

    变推力发动机零部组件的试验仍在如火如荼的进行,几个设计员头挨着头读着数据、小声分析、讨论。中间声音较大的是兰晓辉,研制团队的负责人。他个子清瘦,中等身材,骨骼小而结实。脸庞清秀,已过知天命年纪,外表上仍带有一点孩子气,睿智的眼睛富有热情。他的身上有一种独特的气质,似乎是羞怯,自信,和个人魅力的混合物。

    “把型面的锥度再稍加修复一下,争取把形位公差精度再提高一点。”兰晓辉总结性地说。旁边的潘匡志揉揉熬红的双眼,一边紧张地盯着屏幕上跳动的数据,一边用笔飞快地记录着。


“咱们已经连续试验一周了!就为了得到一个完美的压降匹配值。”周江平打着呵欠,说话含糊不清。


    疲倦虽然写在脸上,坚毅透露在眼里。灯光下钻研劳累幽独的身影,寄托了太多的期待和愿望。作为从事多年设计团队,他们知道,只有在设计时把问题、风险尽可能地充分考虑,不疏漏每一个可能出现问题的环节,把风险降低到最低,每一个零部组件做到精细化,才能保证发动机整体性能的提升,才能让嫦娥四号揽月之旅更加完美。为了这一简单的目的,这只团队付出了太多,太多……


设计从零开始


    山风清冷,天高云淡。人烟稀少,群山环抱的峡谷腹地,火箭已经整装待发,一柱擎天,傲然屹立。这里是四川西昌卫星发射中心,这里是中国通往宇宙的大门。嫦娥三号月球探测器端坐在这伟岸的“花轿”上,静候奔月。

    这是2013年12月2日,一个注定会载入航天史的日子。


    为嫦娥登月架起天梯的变推力发动机是我所自行研制的。它可实现推力大范围的连续变化,具有性能高、适应性强、燃烧稳定、结构简单等特点。它是嫦娥探测器近月制动、动力下降的主要动力。它可按照飞行器的控制指令准确快速无极的改变推力,实现探测器的中途修正、近月制动及月面软着陆。


    接到研制任务的时候,团队所有成员一直从事着运载火箭三级发动机二次启动研制工作,两者之间实际上存在着巨大的差别,也无现成的经验可以借鉴。常言道“隔行如隔山”,一个是固定推力,一个是变推力:一个是固定部件,一个是活动部件,如云泥相隔,有天壤之别。团队全员“跳槽”至此,如同进入了一个陌生而又漆黑的世界,一个全新的开始。但也有话说“隔行不隔离理”,各门类学科有“行”的独立,也有“理”的共融。就转换的两个专业而言,也有并融交叉处。它们都有着多次启动、高工况工作等共同特点。


    接下来便是自行设计制造。囿于经验,勇于创新,苦苦摸索,深入挖掘。一路走来,凭着一股逢山开路、遇水架桥的闯劲,凭着磨杵成针、水滴石穿的韧劲,兰晓辉带领着不到十人的团队艰难起步,一路披荆斩棘,拓展出一条成功的研制之路。


    历时八年,终于,嫦娥三号月球探测器在天宇划出美妙的弧线,定格、亮相,随后稳稳地在月面做着漂亮的滑行。至此,变推力发动机圆满地完成了飞行任务。


创新与突破


“江山代有人才出,各领风骚数百年”。言外之意,后继者比前行者更强大,更威猛。其实,科学也推崇这种精神。要保证中国探月工程大踏步前进,那么嫦娥四号比嫦娥三号更“漂亮”,更“聪明”。


    “漂亮”是说从外观上此时的发动机的涂层更美观,使用寿命更长;“聪明”是说衡量发动机的性能指标比冲更高。


    与嫦娥三号的任务相比,嫦娥四号变推力发动机在高性能和长寿命这两项关键技术上有所突破。然而,高性能和长寿命本身就是一对相互矛盾制约的因素。比如,推力室要获得高性能,必须提高燃烧室的燃烧效率,那么推力室的喉部温度也会随之升高,对推力室材料而言其在高温及长程下的可靠性必然会降低。而欲使推力室能够能够长程、可靠工作,推力室身部温度不能太高,否则发动机的可靠性将会受到影响。因此,发动机必须在确保高性能的同时兼顾可靠冷却,达到高性能、长寿命的要求。


    迎难而上。这只团队进行了多方面的组织论证,经过大量的优化计算和仿真分析,在发动机本身的辐射散热基础上进行分析,从最基础的工艺等方面实现了涂层寿命的提高。


    每每遇到难题,所有设计人员总是虚心向手下人请教,总是很自觉地放下架子带着疑惑到下面去求师解惑。


    “怎样才能做的更好?”大家求知的虔诚感动着车间的老师傅。


    “这个问题我不懂,请你再给我讲一遍。”在求知的路上,大家对一知半解的问题从不轻易地放过。科学来不得半句虚假,求实真诚地态度影响着团队的每一个人,这种好学的精神也引领着同志们立足问题,吃透技术,解决问题。


    日积月累,一点点改进,技术难题在团队的通力合作中得到圆满解决。


0.01毫米到0.005毫米


吃完饭,碗一推,周江平穿鞋准备出门。


    妻子站起来,怜惜的望着他,眼里泪光点点,声音颤抖地说:“今晚能在家休息一下么?连续这么多天了!即使是一部机器,也该有保养期吧?”


    “没办法,没有得到合适的数据,我们就必须不停地做试验呀!小潘已经睡在办公室了。”


    “那就去吧,单位的事,用心点。多喝点水,要不泡上一包浓茶?”周江平急切地把身后的门关上了,把妻子的叮咛牢牢记在了心底……


    我所七室试验大厅,几个设计在现场开会。每人在自己负责的技术领域提出改进方案,建议,进而磋商,讨论,定案。对于有争议的问题,大家集思广益,从技术上和思想上两个方面进行协调,争取以最佳的选择平衡双方的技术观点,将优秀的主见融汇于当下的实际工作之中。


    常规发动机的试验只要得出的数据在合格的范围之内就可以进行装配。而变推力发动机是通过零部件的试验数据而去修配零部件,得到更好的装配精度。


    如何控制每个零件的关键尺寸,让运动部件的配合更加精密,从而提高推进剂的物化效果和均匀性,改善燃烧,提高性能?如何达到零部件的最佳压降匹配?


    对于技术上的每一个细小环节,所有人都事必躬亲、仔细检查,每一份技术参数都详尽核实。为了提高发动机的性能,并保证推力室可靠冷却,结合自身针栓式喷注器特点,对喷注器的结构形式、结构尺寸、喷注参数、喷注器与身部的配合方案等进行了深入的研究和试验。通过数据,反过来修配业已成型的部件,调整其公差带,比如:将精度由原来的0.01毫米调整到现在的0.005毫米,使得零件的配合精度达到最佳状态。通过改进喷注器的撞击形式和撞击参数,提高了燃烧效率。


    不经历风雨,怎么能见彩虹?只有不畏旅途的风险,才能留下岁月的芬芳。为了那微米精度改变,小组成员绞尽脑汁。工作没有了白天黑夜,除了必要地吃饭和睡眠,都是他们工作的时间,有时,睡梦中惊醒,立马下床披衣计算。


    从嫦娥三号的发射并开始探月,转眼间五年过去了。五年里,平静中有惊喜,惊喜中又有了新的突破,新的跨越。这只团队探索的脚步没有停歇,一直秉承着技术创新,不断提高,只是想把祖国的探月梦想发展得更加宏伟壮丽。
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