新一代载人飞船试验船三年研制纪实

5月8日,三朵红白相间的“伞花”在酒泉东风回收着陆场上空绽放,随后6个气囊打开,新一代载人飞船试验船稳稳降落在东风回收场。新飞船试验船飞行试验取得圆满成功。

从2017年1月到2019年12月,短短三年间,中国航天科技集团有限公司新飞船试验船团队完成了方案设计、产品研制、整船总装、综合测试、大型试验,首次采用新型轻质防热材料、群伞系统、着陆缓冲气囊、单组元无毒发动机、超大型表面张力贮箱等一系列关键技术,从无到有打造出了这艘开拓新“天路”的“希望之船”。

三年,从方案到产品

时间紧张是最大的问题。技术负责人杨雷介绍,3年,仅相当于同样复杂产品一半的研制时间。

时间不够用,只能想办法。研制团队打破人员岗位界线,以型号为牵引,将所有参与研制人员集中在一起集中协同办公。试验船的团队是逐渐组建起来的,人员有限,这种办公方式大大提高沟通、办事效率,降低时间成本。

同时,团队实现流程优化、核心产品测试、结构生产、试验验证等任务多线并行。2019年,研制团队100多人在天津AIT测试厂房同时进行总装和测试工作,一干就是3个月。

那段时间,姿轨控分系统副主任设计师于欣欣和张鹏印象最深的就是俩人几乎一直在上夜班。白天总装,晚上加电测试,常常忙到后半夜;热学试验连续10多天24小时加电,大家采取三班倒的形式,中间休息的一两天时间也来不及回家。

总体主任设计师杨庆记得,这3年他几乎每天下班都很晚,一周最多休息1天。还有人赶在孩子睡觉前回趟家看看孩子,等把孩子哄睡后再回到单位继续工作。出厂评审前,好多人几乎连续一周没有回家,就住在单位对面的宾馆。“所有人为了共同的目标一起上,劲儿往一处使,这份团结让我难忘。”杨庆说。

时间虽紧,但产品质量不能放松。研制团队通过对产品进行分类,根据不同产品特点制定相应的产品管理要求,分类进行质量管理。

关键新研产品严格进行设计把关、试验验证和生产过程控制;非关键产品直接采用成熟产品,这既确保了产品质量,又保证了交付工期。

关键技术认识不断深入

此次任务中,新飞船试验船首次采用新型轻质防热材料、群伞系统、着陆缓冲气囊、单组元无毒发动机、超大型表面张力贮箱等一系列新技术、新产品,对再入返回防热、控制和群伞回收以及返回舱可重复使用等关键技术进行飞行验证,积累飞行试验数据。

其中,返回舱采用单组元无毒推进系统,是国际上推力最大的单组元无毒发动机,安全、环保。杨庆介绍,无毒推进系统采用了新推进剂、新发动机,通过不断深化认知、开展各种试验验证,突破了新发动机研制关键技术。此外,地面点火试验量达到要求的3倍之多,发动机最后经受住了各种复杂工况的考验。

试验船服务舱还首次使用了国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱。试验船推进系统指挥王蕾介绍,试验船贮箱容积大、自重轻、携带燃料多,这为未来新飞船“飞得更远”奠定了基础。

贮箱虽大,壁却非常薄,和一张A4纸的厚度相近,因此在制作过程中遇到不少困难。在原材料采购上,所需材料不多,研制团队虽想节省经费但也只得狠心多买些,才有卖家肯发货。紧接着就是焊接问题,这么薄的材料焊接起来很有难度,前期试验就消耗了大量材料,也幸亏多买的材料,才足够支撑找到合适的焊接方法。材料非常脆弱,外层需要加固轻质的复合材料起保护作用。

王蕾将这次经验一一总结下来,“这些都是后续新飞船研制可以改进的地方。”

冰天雪地里的回收试验

蓝天白云的映衬下,红白相间的“伞花”格外美丽。看着试验船稳稳落地,回收着陆系统主任设计师雷江利的心才跟着一起落地了,“我们是最后工作的分系统,关系着试验船飞行任务的成败,心一直紧绷到现在。”

伞花虽美,背后凝结的却是回收工作人员的辛苦付出。

新飞船试验船的回收试验,在素有“中国冷极”之称的根河进行,那里有8个月都在供暖,9月就得穿羽绒服,10月份便开始下雪。研制团队前期准备工作将近半年,而试验时间仅有1个月。最早一次去做试验的时候,那里还没有室内的厂房,所有的操作都在室外进行,团队几乎在冰天雪地里完成了试验。遇上多个型号连着做试验时,有同事在这种环境一待就是三四个月。

新飞船试验船返回舱比神舟飞船重一倍多,所需伞面面积更大。如果是单具伞,面积就要将近2000平方米,但是如此大面积给加工、折叠包装带来困难,综合考虑后,团队选择了群伞的方案。

但三具主伞增加的不仅是数量,还有展开的难度。要避免缠绕,保障充气一致性,群伞才能同时展开。此外,几百公斤的主伞被作为配重放在返回舱的最底部,而工作时却要从舱底被带到舱顶。杨庆介绍,这次团队采用减速伞带动主伞的方式打开主伞,开伞过程动作复杂,难度非常大。

研制团队经过刻苦攻关,设计了可靠的开伞方案,并通过极限工况下的空投试验进行考核验证,最终在产品出厂前的最后一个月完成了试验验证,保证了新飞船试验船按时出厂。