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5.4吨推进剂如何注入中国史上最复杂航天器?

2020-11-26 21:16| 发布者: cncelab| 查看: 1129| 评论: 0|原作者: 索阿娣 赵聪|来自: 中国航天报

摘要: 嫦娥五号携带的双组元推进剂,总重有5450多公斤。加上推进分系统近590公斤的产品重量,整个推进分系统重量达6吨多,约占嫦娥五号探测器8.25吨总重量的四分之三。
【消费电子实验室-2020/11/26】嫦娥五号探测器是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的航天器之一。这个“复杂性”体现在方方面面,其中在海南文昌航天发射场完成的探测器组合体加注尤值一提。

  嫦娥五号携带的双组元推进剂,总重有5450多公斤。加上推进分系统近590公斤的产品重量,整个推进分系统重量达6吨多,约占嫦娥五号探测器8.25吨总重量的四分之三。

  根据型号总体的统计数据,嫦娥五号共配置六百多台(套)产品,推进分系统就占到了二百多台(套),包括发动机、气瓶、贮箱、阀门等。其中,仅发动机就有6类77台,包含7500牛发动机、3000牛发动机、150牛发动机、120牛发动机、25牛发动机和10牛发动机。

  推进分系统双组元推进剂加注时,嫦娥五号已经处于“四器”组合体状态。四个器摞在一起加注,更加接近飞行时状态,可以简化总装流程,降低总装技术风险,但比起单器状态,推进剂加注的难度和风险却大了很多。后者只需准备一套简单得多得加注系统,如同加油站给车加油,加满一辆再换另一辆。

  “12个贮箱,要分成6组来加注;两种贮箱类型,金属膜片贮箱和表面张力贮箱;有需要抽真空的,有常压的;有需要对推进剂降温的,有希望保持常温的,加注方式各不相同;加注顺序还有交叉,要先加燃料,再加氧化剂,最后又回到燃料。此外,管子长、路数多、分叉多……需要关注的点多了很多。”嫦娥五号探测器系统副总师、六院型号总师洪鑫这样描述。

  在他看来,嫦娥五号“四器”组合体状态下的加注,是我国航天器加注史上最复杂的一次。

  首先,加注方式变复杂了。组合体状态下的加注,与探测器的接口从单器状态的五六个增加到近20个,加注用的产品端管子路数从五六路增加到了近20路。组合体状态下,很多加注口位置抬高了,导致管路走向更加复杂、长度长了很多。以前,要保证管子不漏,只需照管好五六路、几十米长的管子,现在则需要同时管好近20路、约三百米长的管子。需要进行抽真空加注的是上升器,处于探测器最顶端,位置最高,管路最长,既要保证不外漏,还要保证真空性能。管路性能检测、调整改进的难度加大。

  其次,操作难度大大增加。在四器组合状态下,嫦娥五号“摞起来高达八九米,很多凸出物如天线都装好了,加注工人在操作时,犹如在高处探出半个身子钻进设备丛林里,除了要精确完成自身操作外,所有其他产品都不能碰,连掉一个垫片都不行。”主任设计师赵京等人想了各种招数来杜绝风险,请来的师傅都是特级技师和资深的高级技师。探测器总体对此次加注也格外重视,专门做了大型操作平台。

  再次,对保障探测器质量特性测量带来了更多的不确定性。探测器在加注全程蹲在一个质测台上,随时测量重量、质心位置,风的吹动都会带来不可接受的测量干扰。近20路管子同时连在探测器上,有的内部还有几个大气压的压力,如何确保对质测不会产生干扰?加注团队对此做了充分的考虑,优化了末端设备的布局方案,在管路固定方式上反复调整,力求把干扰因素降到最低。同时,在加注状态控制上也做了进一步细化,尽量排除每一个可能带来干扰的因素。

  留给加注的时间,包括设备与探测器连接、测试工作在内,只有8天,非常紧张。推进分系统行政副指挥林森介绍,按照以前的流程,通常是探测器来了再搭建最终管路,但如果嫦娥五号也这么做,只会把加注的时间拖得更长。

  为了精确搭建管路,在洪鑫的带领下,团队成员自己动手搭了一个缩小版模型。他们从淘宝上买来几个箱子和不同颜色的软管、三通等,仿照嫦娥五号探测器,搭建了个加注管路走向立体模型。设计师和工人提前在这个模型上进行演练,管路怎么走、探测器到位后怎么铺设、每段加注完怎么撤收,提前想得明明白白。探月工程三期总设计师胡浩某次在查看现场后认为,“工作用心了!”

  加注系统的设计方案是整个加注工作的核心要素。担任加注指挥的是副主任设计师孙迎霞。在进入加注准备阶段的2个月内,她精心绘制了加注系统图,反复推敲、讨论,不厌其烦地更改了近30稿。“保证正确那仅仅是最基本的要求,”洪鑫认为,“一幅简洁、美观、一目了然且能尽可能反映设备、房间、岗位关系的系统图,非常有助于保证加注工作的高效、高质量完成。”赵京主任设计师发现:“看了最终版的系统图后,我居然很快地能把有一百多个阀门、近二百个部件的整个加注系统以及各部件的代号一点不差地背了下来了。”

  正是因为这些用心的办法,他们在实际加注过程中,做到了零失误、一次成功,以很高的精度在计划时间内完美实现了预定目标。

  这次加注工作得到了嫦娥五号探测器总指挥兼总设计师杨孟飞院士的高度肯定。向来要求苛刻的他,破天荒地多次赞赏了加注工作。他甚至把团队成员精心绘制的加注系统图要来收藏,因为“画得太漂亮了。”

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