原標(biāo)題：三十顆西安心助“胖五”一飛沖天

　　12月27日20時45分，在中國文昌航天發(fā)射場，被稱為“胖五”的長征五號遙三運載火箭，成功踏上太空征程。而地處西安航天基地、有著中國航天液體動力 “國家隊”之稱的中國航天科技集團有限公司第六研究院，為火箭提供了30顆“西安心”。

　　火箭的發(fā)動機被稱為火箭的“心臟”。在“長五遙三”火箭上，此次共有30臺發(fā)動機，擔(dān)負(fù)著不同的使命。分別是8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機、2臺50噸級氫氧發(fā)動機、2臺9噸級膨脹循環(huán)發(fā)動機，18臺作為輔助動力的姿控發(fā)動機。每一臺產(chǎn)品都必須做到萬無一失，穩(wěn)妥可靠。

　　8臺120噸級液氧煤油發(fā)動機，承擔(dān)著火箭起飛90%的總推力，它的產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性，對于確保“長五遙三”火箭發(fā)射至關(guān)重要。為了使液氧煤油發(fā)動機試驗質(zhì)量可靠性邁上一個嶄新臺階，在時間緊，任務(wù)重，難度大的情況下，六院165所液氧煤油發(fā)動機試驗區(qū)參試團隊總結(jié)經(jīng)驗、創(chuàng)新思維，通過梳理工藝、測控系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、工藝狀態(tài)和試驗流程，增強試驗系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險分析與控制措施，固化試驗系統(tǒng)狀態(tài)和流程，建立試驗系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)基線等措施，不僅縮短了發(fā)動機試車準(zhǔn)備時間，提高了試車工作效率，而且進一步提升了試驗質(zhì)量管理水平，提高了試驗可靠性。

　　氫氧發(fā)動機之于“長五遙三”火箭，到底是怎樣意義的存在呢?用一個簡單的比喻，如果把常規(guī)火箭和“長五遙三”火箭比作兩輛車，在攜帶同樣的行李行駛同樣的路程時，前者自重需要1000噸，而后者自重只要約600噸。走相同的路，做相同的事，只需要近乎原來一半的“干糧”，液氫液氧為火箭帶來了高性能。

　　作為長征五號火箭四型動力之一的輔助動力系統(tǒng)中的18臺姿控發(fā)動機，它們主要負(fù)責(zé)火箭二級發(fā)動機滑行階段的推進劑沉底管理、姿態(tài)控制和星箭分離前的末速修正。

　　什么叫沉底?太空中沒有重力，火箭箱體中的液氫和液氧是以懸浮狀態(tài)存在。為了讓液氫和液氧享受強大的“推背感”，使其貼合在火箭箱體底部，進而可實現(xiàn)膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機的二次起動，就需要被技術(shù)人員叫作“大沉底”“小沉底”的4臺300N發(fā)動機和2臺60N發(fā)動機來發(fā)揮作用。

　　對于火箭的俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)等姿態(tài)的控制，就好比人在游泳時，上下浮沉、左右擺頭和左右翻轉(zhuǎn)這三個動作。前兩個動作分別由4臺300N發(fā)動機完成，滾轉(zhuǎn)則由4臺150N發(fā)動機完成。在星箭分離前，負(fù)責(zé)沉底管理的4臺300N發(fā)動機還會為火箭再次加速，讓衛(wèi)星與箭體分離時具備一個合適的初始速度，以便后續(xù)精準(zhǔn)入軌。

　　這些發(fā)動機有多大，形象地說，300N、150N和60N發(fā)動機就分別像1000ml、500ml和300ml容量的水杯大小，成人用單手就用抓住。這些小小的發(fā)動機，工作時間累計2000秒，工作累計數(shù)百次，它們不僅要承受液氫液氧的低溫環(huán)境和膨脹循環(huán)發(fā)動機工作時的熱流環(huán)境，還有著-30℃環(huán)境下的推力室起動能力，如此，才有了火箭精準(zhǔn)細(xì)微的姿態(tài)變化。

看點1

“胖五”強大“西安心”如何造就

　　本報訊 2017年“長五遙二”火箭發(fā)射失利，兩年多的時間里，航天科技集團六院頂住巨大的壓力，攻堅克難，不斷提升發(fā)動機的可靠性，撐起了“長五遙三”火箭的強大動力。

　　“新研并生產(chǎn)裝配8臺發(fā)動機，試車時間近1萬4千秒”，這是2017年7月長五遙二火箭失利至今，為提升大推力氫氧發(fā)動機可靠性產(chǎn)生的一組數(shù)據(jù)。據(jù)介紹，大推力氫氧發(fā)動機自2001年開展專項研制的13年時間里，新研制發(fā)動機16臺，熱試車3萬多秒。在技術(shù)提升的短短兩年多時間里，完成了之前13年工作量的一半。這離不開研發(fā)團隊的高要求，對故障分析及可靠性提升所做的努力，最終都要在產(chǎn)品上得到驗證。為保證能夠交付最優(yōu)的產(chǎn)品，必須在全流程上進行把關(guān)控制，不漏疑點。

　　同時，液氧煤油發(fā)動機研制團隊從設(shè)計的正確性、工藝的合理性、試驗充分性及產(chǎn)品實物質(zhì)量控制方面復(fù)查產(chǎn)品質(zhì)量的落實情況，全面梳理了影響成敗、功能的故障模式所涉及的設(shè)計特性。在創(chuàng)新上下狠功夫，讓液氧煤油發(fā)動機的可靠性得到不斷提升。

　　兩年多來，發(fā)動機相關(guān)問題嚴(yán)格按照航天科技集團歸零“雙五條”標(biāo)準(zhǔn)，完成問題歸零，先后組織了百余次故障分析會及專題會，對于故障分析情況進行嚴(yán)格把關(guān)，25位院士及5位大學(xué)教授作為特邀專家，聽取發(fā)動機研制工作情況，提出意見建議。系統(tǒng)內(nèi)的近60位領(lǐng)導(dǎo)專家也參與到交流討論中。

　　為保證產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的一致性，要求工廠生產(chǎn)現(xiàn)場使用的設(shè)計文件、工藝文件、質(zhì)量文件，必須簽署完整，文文一致、文實相符、圖文清晰、現(xiàn)行有效，確保文、圖、物一致，符合使用要求。發(fā)動機出廠前組織設(shè)計師對技術(shù)文件進行對標(biāo)清理，根據(jù)梳理結(jié)果，組織進行專題評審。這一系列的舉措，讓發(fā)動機可靠性得到不斷提升，為“長五遙三”火箭提供了穩(wěn)定可靠的動力保證。

看點2

盤點實踐二十號衛(wèi)星上的西安科技

　　實踐二十號衛(wèi)星是我國推動航天新技術(shù)和新平臺發(fā)展再上新臺階的又一塊重要“試驗田”。在這塊航天高科技的“試驗田”里，航天科技五院西安分院培育了代表我國高通量衛(wèi)星未來發(fā)展方向的Q/V載荷，“種植”了能夠?qū)崿F(xiàn)星間、星地更大容量衛(wèi)星通信的“激光終端”，還栽培了能夠?qū)崿F(xiàn)通信資源靈活分配的“寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)器”。

　　Q/V載荷

　　高通量通信衛(wèi)星(High Throughput Satellite，簡稱HTS)是我國通信衛(wèi)星未來發(fā)展的重要方向。使用Q/V載荷的高通量衛(wèi)星以及超高通量衛(wèi)星將可以大大地提高在偏遠(yuǎn)地方實現(xiàn)寬帶互聯(lián)網(wǎng)的能力，并且更為高效、成本更低。

　　實踐二十號衛(wèi)星副總設(shè)計師周穎表示，實踐二十號衛(wèi)星通過Q/V載荷則能達(dá)到40Gbps容量，相當(dāng)于建設(shè)了四個傳統(tǒng)衛(wèi)星地面關(guān)口站。

　　激光終端

　　航天科技五院西安分院研制的激光終端，將作為激光通信的主體通過激光傳輸實現(xiàn)星地和星間通信。激光通信是未來地面超大容量關(guān)口站實現(xiàn)的主要途徑，也是未來建設(shè)天基信息網(wǎng)絡(luò)中星間通信的主力。

　　寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)器

　　航天科技五院西安分院為實踐二十號衛(wèi)星所研制的寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)器，在國際上也屬難度較大的載荷產(chǎn)品，代表著一個國家星載數(shù)字透明處理的最高水平。衛(wèi)星通過寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)可以將頻率資源進行詳細(xì)劃分，并且通過在軌網(wǎng)絡(luò)管理實現(xiàn)多用戶的靈活使用，提升星上通信資源的使用效率。

　　高精度應(yīng)答機

　　航天科技五院西安分院為該衛(wèi)星研制的高精度應(yīng)答機將對衛(wèi)星的測控精度由以前的幾十米提高到厘米級，實現(xiàn)了對衛(wèi)星測控質(zhì)的飛躍。

　　衛(wèi)星天線

　　航天科技五院西安分院的“空間天線大咖”們?yōu)榱藢崿F(xiàn)衛(wèi)星的復(fù)雜功能，在衛(wèi)星艙板上安裝了三重疊的三副天線，三副天線在收攏后共用一個安裝面，不僅縮短了反射器尺寸，加大焦距，還節(jié)省空間。

看點3

“胖五”成功發(fā)射

有賴兩件“法寶”

　　在長征五號遙三火箭成功發(fā)射的背后，位于西安的中國航天科技集團有限公司第四研究院有兩件神秘的“法寶”——正推火箭和消氫點火裝置，為成功發(fā)射提供了保障。

　　正推火箭是火箭飛行過程中為實現(xiàn)芯一級、芯二級可靠分離而研制的分離發(fā)動機，為級間分離提供動力的裝置?；鸺疽患壒ぷ鹘Y(jié)束后，正推火箭接到分離指令，開始點火工作，此時，發(fā)動機產(chǎn)生推力實現(xiàn)芯二級液體推進劑沉底，確?；鸺凑疹A(yù)定程序完成任務(wù)。

　　由航天科技四院41所研制的正推火箭兼具固體發(fā)動機和火工品的雙重特性，其工作時間長，可靠性要求高，環(huán)境條件極其苛刻，是目前運載火箭箭體使用的最大火工品。發(fā)動機固體動力推進劑，采用新型配方材料，具備低燃速、低殘渣的特點，能夠確保發(fā)動機產(chǎn)生強大推力的同時，不對火箭芯二級箭體產(chǎn)生損傷，而且比同類發(fā)動機更加綠色環(huán)保。為確保火箭質(zhì)量，航天科技四院開展了大量質(zhì)量復(fù)查工作，對4臺正推火箭進行了產(chǎn)品檢查確認(rèn)及零部件更換工作，并完成了全級次供應(yīng)商統(tǒng)計梳理。為確保“正推火箭”穩(wěn)定、可靠工作，固體動力源添加了新型功能助劑，并通過大量的配方優(yōu)化試驗，不斷提高推進劑的穩(wěn)定性和燃速控制精度，進而提升了發(fā)動機工作的同步性和一致性。

　　長征五號運載火箭采用氫氧發(fā)動機，在點火前會向發(fā)射平臺周圍環(huán)境排放大量低溫氫氣。當(dāng)氫氣與空氣混合濃度達(dá)到一定范圍時，遇到靜電或明火就會產(chǎn)生爆炸或爆轟，不僅損壞發(fā)射場的設(shè)備和設(shè)施，甚至?xí)?dǎo)致星箭俱毀的嚴(yán)重后果。為消除火箭發(fā)射前的大量低溫氫氣，徹底排除發(fā)射前的安全隱患，航天科技四院42所專門研制了消氫點火裝置。

　　該裝置安裝在發(fā)射平臺上，能在火箭氫氧發(fā)動機工作前的2~3秒內(nèi)，點燃火箭發(fā)射的“第一把火”，利用噴射的高溫、高速燃?xì)饨饘倭Ｗ恿?，將發(fā)射前排出的大量氫氣在其未達(dá)到可爆炸最低濃度前先行消除，以保證運載火箭發(fā)射的安全性。該裝置采用了高安全性的藥劑材料，應(yīng)用了先進的控制技術(shù)，確保能夠“準(zhǔn)確、準(zhǔn)時”點火，待消除氫氣后又能及時“熄火”。

看點4

“胖五”“最強大腦”

也是西安造

　　長征五號遙三火箭發(fā)射任務(wù)中，位于西安的中國航天科技集團有限公司九院771所配套研制的箭上和地面整機產(chǎn)品共計7種、14臺/套，擔(dān)任了研制火箭發(fā)射“最強大腦”的任務(wù)。

　　箭載計算機是火箭控制和精確入軌的關(guān)鍵保證。此次，長征五號遙三火箭控制系統(tǒng)采用1條雙通道1553B總線實現(xiàn)火箭的實時控制和信息綜合，箭載計算機作為1553B總線的總線控制BC端，享有總線控制權(quán)，其他設(shè)備作為遠(yuǎn)程站點運行。為有效控制長征五號遙三火箭內(nèi)部這條“雙車道高速公路”，保證信息傳輸?shù)臅惩?，箭載計算機內(nèi)部設(shè)計有三套1553B總線控制電路，利用三中取二表決機制實現(xiàn)BC權(quán)在三套總線控制電路中的切換，即使在一度故障的情況下，箭載計算機仍可完成火箭的實時控制和信息綜合。

　　此次，在箭載計算機內(nèi)部還設(shè)計了特有的“聽診器”，能夠自動“監(jiān)聽”飛行控制軟件運行過程中的各類重要參數(shù)，并將參數(shù)自動組幀下傳至地面測發(fā)控系統(tǒng)存儲。這套“聽診”裝置，稱之為總線監(jiān)控技術(shù)。該技術(shù)可以使控制系統(tǒng)在不修改飛行程序控制流程的情況下，獲得更多的執(zhí)行過程原始數(shù)據(jù)，及時、有效地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患，為系統(tǒng)的故障定位提供判定依據(jù)。

　　為了確保安全，此次發(fā)射任務(wù)專門建立了地面測試控制系統(tǒng)，對火箭進行發(fā)射前的“體檢”和發(fā)射過程中的檢測。771所研制的地面測試計算機、光纖慣組信號采集處理系統(tǒng)等地面單元測試計算機，用于對火箭控制設(shè)備進行實時測試。形象地說，各種地面計算機就如同醫(yī)院派出的門診專家，對火箭的“大腦”“心臟”等關(guān)鍵部位進行實時監(jiān)控，實時分析數(shù)據(jù)并反饋給系統(tǒng)。

　　在火箭發(fā)射前，地面測試計算機及時檢測箭上設(shè)備的狀態(tài)，確認(rèn)火箭發(fā)射前一切狀態(tài)正常，保證火箭發(fā)射后進入軌道飛行前，準(zhǔn)確采集火箭姿態(tài)等信息，實時計算、處理、傳遞和執(zhí)行各種指令，使火箭按照規(guī)定軌跡飛行，實現(xiàn)準(zhǔn)確入軌。光纖速率陀螺如同人的“小腦”，主要用來表征火箭方向和姿態(tài)，其準(zhǔn)確度與火箭入軌精度緊密相關(guān)。

新聞背景

“胖五”為何被稱為

中國“最強火箭”？

　　12月27日，中國文昌航天發(fā)射場。被稱為“胖五”的中國“最強火箭”長征五號迎來重生時刻，圓滿完成第三次發(fā)射任務(wù)。

　　長征五號是我國目前起飛規(guī)模最大、運載能力最強、技術(shù)跨度最大的一型運載火箭，實現(xiàn)液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越。“胖五”身高約57米，起飛重量約870噸，它使我國現(xiàn)役火箭的運載能力提升2.5倍，可一次將16輛小汽車的重量送入太空。有了它，還能把更大更重的飛行器送到深遠(yuǎn)的太空。

　　中國航天科技集團長征五號火箭總設(shè)計師李東說：“它是中國邁向航天強國的入場券。”

　　中國航天科技集團一院院長王小軍告訴記者，長征五號未來肩負(fù)著開展載人航天空間站建設(shè)、月球采樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務(wù)，是中國航天名副其實的“夢想號”。

　　據(jù)新華社

　　本組文除署名外由記者關(guān)穎采寫