搭建“鹊桥”会“嫦娥”――长征四号丙运载火箭发动机研制侧记

本篇文章2709字，读完约7分钟

人民网北京5月21日电今天上午5时28分，长征四号丙运载火箭在西昌卫星发射中心将嫦娥四号中继卫星“鹊桥”送入预定轨道，为中国“嫦娥四号”探月卫星搭建“鹊桥”实现月球软着陆铺平了道路。

承担此次发射任务的长征四号丙运载火箭是长征系列运载火箭中的“老将”。自2006年首次飞行以来，它已执行了20多次发射任务，向空台发射了20多颗遥感卫星，并在国内外携带和发射了10多颗小型卫星，这是中国的Tai /きだ。这次发射任务是长征-4 C运载火箭首次在西昌卫星发射中心执行高轨道发射任务，开始了发射空间任务的“新征程”。

长征四号丙运载火箭用常温推进剂的一、二、三级动力发动机均由中国航天科技股份有限公司第六研究院11所研究设计，其中一、二级发动机被称为“金牌发动机”，广泛应用于我国长征系列运载火箭的主动力系统，其高可靠性保证了“载人航天”、“北斗导航”、“探月工程”等国家重大专项的顺利实施。2007年10月至2013年12月，第六研究院第十一研究所研制的一级和二级发动机推荐长征三号a系列运载火箭成功地将“嫦娥一号”、“嫦娥二号”和“嫦娥三号”送入空台，成功地实现了中国探月“返航”的三个步骤

“金牌动力”持续成功的背后，是安全可靠的技术和强化的质量管理。

克服高可靠功率的困难

“没有不能克服的问题！”中国航天科技股份有限公司第六研究院党委书记、火箭发动机专家陈炜的一席话，鼓舞了大家的斗志，点燃了设计师心中的“火”。

3月9日冬末，在秦岭深处的大型发动机试验台上进行了一个关键模型的可靠性试验，但发生了意想不到的事情？？二次游动发动机氧化剂导管断裂，最终实施紧急停车。就在11名设计人员集中进行故障归零后，一周后对二次发动机进行了可靠性抽样测试，故障再次出现...

在200次成功的飞行和100多次成功的测试运行之后，这样一个成熟的模型在连续两次测试运行中出现了问题，这给了开发团队一个打击。每个人看起来都很有尊严，也很困惑，就像他们多年来一直小心翼翼地照顾他们的孩子一样，突然他们摔了一跤，而且摔得很严重。

发射场的火箭已经竖立在塔上，箭在弦上。它会不会被解雇？一系列发射任务怎么样...

在挑战和压力下，设计团队仔细分析了测试数据，认为发动机燃烧不稳定导致振动过大，是导致故障的根本原因。但是，失败的时间已经超过了任务所需的时间，所以大胆的决策和正常的发射任务得到了上级的支持。三天后，发射成功，但是研究小组并没有放松。振动过大，就像悬在头顶的达摩克利斯之剑，导致发动机整体工作机械环境的恶化，影响发动机的工作可靠性。液体火箭发动机的振动和燃烧问题是世界性的问题，美国、前苏联和中国的许多发动机模型都受到了影响，甚至导致了它们的拆卸。

11名发动机设计人员与模拟试验研究人员、工厂和其他一线生产人员一起，千方百计通关，开展了大量的论证和研究工作，并从各种可能的原因进行了分析和调查。尚流博士挺身而出，勇敢地接受了任务。面对新的困难，他毫不犹豫地积极与推力室设计人员沟通，创造性地开展了发动机最大气蚀管可视化动力学研究试验、发动机泵后系统中高频液压激振试验，并提出了微调改进方案。

经过大量的模拟分析、部件的冷态试验、缩尺零件的热态试验以及多轮的探索和讨论，最终确定了改进措施。2017年9月，对一款关键型号的一级发动机进行了可靠性增长测试，测试取得了圆满成功。继好消息之后，2017年12月，某关键机型的一级发动机第二次采取了抑制推力室异常振动的改进措施，完成了高工况下的长期可靠性试车，再次取得了圆满成功。

此时，每个人的脸上都露出了幸福的笑容，三年的努力终于有了回报。2018年3月30日，常规航母一级发动机的抽样测试再次取得圆满成功，振动水平非常小，为后续发射任务的可靠性提供了有力保障。

“刺绣”是建立成功的坚实基础

逐一分析，反复修改，反复讨论...

对于一、二级发动机，11个研究所的设计人员整理出了一、二级300多种单点故障模式，涉及300多种具有独立功能的部件，有针对性地设置了3000多项关键特性。

在模型副总工程师的领导下，常规运载火箭一、二次发动机研究组煞费苦心，努力协调。经过近一年的“刺绣工作”，上述项目终于全部整理出来。

发动机作为运载火箭的心脏和核心部件，具有结构复杂、功率密度高、工作环境恶劣的特点。长征四号丙运载火箭的主发动机和副发动机由成千上万个零件组成。许多零件组成部件，部件又组成部件，最终形成发动机系统。在发动机的工作过程中，它具有高温、高压和高振动的特点。在如此恶劣的条件下，发动机的所有部件都需要可靠地工作，不仅要完成各自的功能，还要协调工作。由于发动机的结构质量受到严格限制，很难进行冗余设计，因此系统中任何一个部分的失效都可能导致整个任务的失败，设计者称之为“单点”失效。

一级和二级发动机系统中有多少单点故障模式和单点故障部件？他们有多大的影响力？

为了回答这个问题，设计者系统进行了深入的失效模式分析。首先，以组件为单位，梳理故障模式，然后针对每个组件具体梳理零件的故障模式，逐层细化，逐层分解，直到有螺钉和螺母。

在对故障模式进行分类后，设计者的系统根据影响程度和发生概率进行分类，可分为一级、二级、三级和四级故障。在对失效模式和部件进行整理后，设计系统进行了失效模式和影响分析，并对具有I型和ii型单点失效模式的产品设定了关键特性，从发动机设计、工艺和过程控制方面对关键部件和关键特性项目进行了逐一整理，并制定了相应的控制措施，即三类关键特性和控制。在三个关键特征项目中建立了强制性检验点，即严格的质量控制和全面有效的检验和确认。同时，发动机的不可检测产品和项目、易出错项目、涉及成功或不成功操作的产品、极性项目、测试覆盖范围、连接部件的定量控制、小导管的质量控制等。以确保发动机系统的任何部件都在可控范围内。

经过几轮细化，形成了一个完整的数据库系统，有效地提高了一、二台发动机的设计、生产过程数字化和产品质量管理水平。逐一检查合格的数据，我们可以看到发动机的稳定工作曲线以及卫星、探测器和航天器所取得的成就。

一箭长啸空，使命更加光荣！今年年底，一级和二级发动机还将帮助月球探测器“鹊桥”相遇。作为中国航天进入“Tai/きだよ 0号”的金牌推动力，长征系列运载火箭也将承担更多的发射任务和更多的任务？？“亚太”、“海洋”、“风云”和“北斗”……2018年，共完成了35次发射任务，生产交付了200多台发动机，开发团队不能有任何懈怠。

使命召唤，任忠任重道远！11人将继续勇往直前，打造一枚安全可靠的火箭“心脏”，并推荐中国航天飞得更高更远！(张鹏)

来源：搜狐微门户