5.4噸推進劑如何注入中國史上最複雜航天器?
2020年11月26日14:59

  來源:中國航天報

  嫦娥五號探測器是我國航天領域迄今最複雜、難度最大的航天器之一。這個“複雜性”體現在方方面面,其中在海南文昌航天發射場完成的探測器組合體加註尤值一提。

  嫦娥五號攜帶的雙組元推進劑,總重有5450多公斤。加上推進分系統近590公斤的產品重量,整個推進分系統重量達6噸多,約占嫦娥五號探測器8.25噸總重量的四分之三。

  根據型號總體的統計數據,嫦娥五號共配置六百多台(套)產品,推進分系統就占到了二百多台(套),包括發動機、氣瓶、貯箱、閥門等。其中,僅發動機就有6類77台,包含7500牛發動機、3000牛發動機、150牛發動機、120牛發動機、25牛發動機和10牛發動機。

  推進分系統雙組元推進劑加註時,嫦娥五號已經處於“四器”組合體狀態。四個器摞在一起加註,更加接近飛行時狀態,可以簡化總裝流程,降低總裝技術風險,但比起單器狀態,推進劑加註的難度和風險卻大了很多。後者只需準備一套簡單得多得加註系統,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組來加註;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,加註方式各不相同;加註順序還有交叉,要先加燃料,再加氧化劑,最後又回到燃料。此外,管子長、路數多、分叉多……需要關注的點多了很多。”嫦娥五號探測器系統副總師、六院型號總師洪鑫這樣描述。

  在他看來,嫦娥五號“四器”組合體狀態下的加註,是我國航天器加註史上最複雜的一次。

  首先,加註方式變複雜了。組合體狀態下的加註,與探測器的接口從單器狀態的五六個增加到近20個,加註用的產品端管子路數從五六路增加到了近20路。組合體狀態下,很多加註口位置抬高了,導致管路走向更加複雜、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。需要進行抽真空加註的是上升器,處於探測器最頂端,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,加註工人在操作時,猶如在高處探出半個身子鑽進設備叢林里,除了要精確完成自身操作外,所有其他產品都不能碰,連掉一個墊片都不行。”主任設計師趙京等人想了各種招數來杜絕風險,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註也格外重視,專門做了大型操作平台。

  再次,對保障探測器質量特性測量帶來了更多的不確定性。探測器在加註全程蹲在一個質測台上,隨時測量重量、質心位置,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,有的內部還有幾個大氣壓的壓力,如何確保對質測不會產生干擾?加註團隊對此做了充分的考慮,優化了末端設備的佈局方案,在管路固定方式上反複調整,力求把干擾因素降到最低。同時,在加註狀態控制上也做了進一步細化,儘量排除每一個可能帶來幹擾的因素。

  留給加註的時間,包括設備與探測器連接、測試工作在內,只有8天,非常緊張。推進分系統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麼做,只會把加註的時間拖得更長。

  為了精確搭建管路,在洪鑫的帶領下,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,搭建了個加註管路走向立體模型。設計師和工人提前在這個模型上進行演練,管路怎麼走、探測器到位後怎麼鋪設、每段加註完怎麼撤收,提前想得明明白白。探月工程三期總設計師胡浩某次在查看現場後認為,“工作用心了!”

  加註系統的設計方案是整個加註工作的核心要素。擔任加註指揮的是副主任設計師孫迎霞。在進入加註準備階段的2個月內,她精心繪製了加註系統圖,反複推敲、討論,不厭其煩地更改了近30稿。“保證正確那僅僅是最基本的要求,”洪鑫認為,“一幅簡潔、美觀、一目瞭然且能儘可能反映設備、房間、崗位關係的系統圖,非常有助於保證加註工作的高效、高質量完成。”趙京主任設計師發現:“看了最終版的系統圖後,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註系統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,他們在實際加註過程中,做到了零失誤、一次成功,以很高的精度在計劃時間內完美實現了預定目標。

  這次加註工作得到了嫦娥五號探測器總指揮兼總設計師楊孟飛院士的高度肯定。向來要求苛刻的他,破天荒地多次讚賞了加註工作。他甚至把團隊成員精心繪製的加註系統圖要來收藏,因為“畫得太漂亮了。”

  文/中國航天報記者 索阿娣 趙聰

  圖/中國航天報

  編輯/劉岩

  審核/陳立

  監製/索阿娣

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