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助推器|航天科技八院长征五号助推器及嫦娥五号轨道器研制记

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嫦娥五号是我国探月工程“绕、落、回”三步走任务的收官之战 ， 实现了我国首次月球无人采样返回 。 中国航天科技集团有限公司八院承担了长征五号助推器和嫦娥五号轨道器的研制任务 。 4个助推器提供了长征五号起飞90%的推力；轨道器作为主动飞行器承担地月往返运输、月球轨道交会对接、样品容器转移等任务 ， 实现了人类首次月球轨道无人自动交会对接和样品转移、我国首次深空环境多次分离、首次月地转移入射等 。
让助推器生产更接“地气”
长征五号是我国首个采用助推器支撑的捆绑火箭 ， 4个助推器由航天科技集团八院抓总研制 ， 是迄今为止国内最大的低温液体助推器 ， 为全箭提供了90%以上的起飞推力 ， 是长征五号运载火箭起飞的主要动力源 。 此外 ， 八院还承担了外安、芯级配套电池等研制 ， 始终把“生产一线”作为自己的主战场 ， 让生产更接“地气” 。
升级总装新装备
建立“一站式”柔性装配生产线
走进八院长征五号运载火箭总装现场 ， 新的一轮技术改革正在悄悄地服务于总装生产现场 。 总装人员通过转动遥控器上的一个个按钮 ， 就如同一个个“大力士”一般 ， 无论是导管、设备的安装 ， 或是箭体的对接、全箭质量测量 ， 他们都能轻松应对 。
在传统装配过程中 ， 运载火箭被停放在一个个固定托架上 ， 像箭体对接、称重等重要环节都要通过行车起吊配合完成 。 为了让各个环节能够有效地结合起来 ， 研制人员专门设计了一套新装备 ， 通过箭体的滚动装配把每一个流程穿起来 ， 做到模块化的脉动式生产 。
脉动式生产线就是首次运用到长征五号运载火箭助推模块的滚动装配自动化对接装置 ， 该装置实现了助推模块舱段自动化对接和总装阶段滚动装配 ， 满足了总装过程中6个自由度的姿态调整 ， 大幅度提升了装配效率、装配空间利用率和作业安全性 。
在新装备的研制过程中 ， 八院通过对比运载火箭的装配内容、装配流程、工装装配、测试手段等方面 ， 分析出了运载火箭的类似流程 ， 充分分析了每个工序的总装周期的差异性 。 通过平衡工序间的工作负担 ， 研制团队将原本的流程化装配方式转向模块化装配方式 ， 消除了流程间的衔接问题 。 团队通过模块化的生产方式实现了纵横交错的任务生产需求 ， 逐步转变为小团队产品化总装模式 ， 让整个总装流程“活”了起来 。
如今 ， 在运载火箭总装现场 ， 长征五号研制团队运用模块化的生产方式 ， 重塑了运载火箭子级总装流程 ， 重组配套准备和单箱总装、舱段对接和管路协调、动力系统安装和气密试验、电缆设备安装和测试试验等生产模块 ， 将统一专业或类似专业划分在同一工作站位模块内 。
重塑工艺新方案
实现“全流程”数字化总装工艺
随着技术深入总装现场 ， 八院长征五号研制团队开展了新一轮的改革 ， 建立了总装MES数字化系统 。
该系统是基于工艺方案改进的数字采集系统 ， 它将MES系统通过离散原有工艺过程卡根据工位总装需求将台账信息、实时工时、工步任务、声像数据、信息反馈、检验完工等环节融入其中 ， 实现了用户的体验和作业效率的集合 ， 实现“全流程”数字化总装工艺的高效益生产模式 。
工艺技术人员打破以往的单纯管理思维 ， 从源头做好管理 。 团队采用了以产品结构为线索的工艺数据管理模式 ， 工艺文件编制遵循产品部套 ， 成功将原本41份工艺文件按照自动化对接装备的模块化工位设置 ， 编制了一套由7份流程化总装工艺组成的全新方案 ， 让产品质量和流程根据合理性与规范性 ， 达到了总装过程中的产能平衡 ， 体现了“人性化设计 ， 服务于生产”的生产需求 ， 形成了兼顾物流、人流的“全流程、高效益”生产模式 ， 总装的时间也从原本的90天缩短到75天 。
如今 ， 一台台触摸式可视化管理系统和一个个数字采集系统成了每个工位必备的设备 。 当总装人员轻轻在设备上划过后 ， 一个个工序、一个个质量记录“跳动”在指尖上 ， 各项数据一一呈现在每个人的面前 。
突破4项关键技术 ， 打造灵巧“太空邮差”
作为探月三期的收官之战 ， 嫦娥五号刷新了人类无人月球采样返回任务新纪录 。 而轨道器作为贯穿任务全过程的核心产品 ， 是名副其实的“太空邮差”——它在相距38万公里的地球和月球之间 ， 构建起一条太空“物流”的特殊通道 ， 既承担地月往返运输的任务 ， 将乘客安全地送往目的地 ， 同时又在太空中稳妥地完成货品的“接收”“装箱” ， 将珍贵的月壤投送回蓝色星球 。
在整个任务过程中 ， 轨道器在轨共有5次分离 ， 6种组合体状态 ， 承担地月往返运输、器间分离、交会对接与样品转移等关键任务 ， 是目前最复杂的空间飞行器之一 。 针对整个任务飞行状态多、器间接口多、工作模式多、技术攻关难、地面验证难以及运载与发射场新“三多、两难、一新”特点 ， 研制团队突破了4项关键技术 。
高可靠连接分离技术：
连得稳 可靠分
嫦娥五号探测器由4个部分组合而成 ， 多器分工合作的状态造就了探测器在太空中不断分离—组合—再分离—再组合的变形过程 ， 这在我国航天器中绝无仅有 。 而轨道器就拥有5个分离面 ， 既要保证组合状态下器与器连得稳固 ， 同时又要确保分离过程的安全可靠 ， 这是探测器研制的难点之一 。
轨道器摒弃了传统的舱段间包带连接方式 ， 创新采用多点高强度分离螺母进行连接 ， 通过在各分离面配置不同数量的分离螺母以满足舱段间连接强度与刚度要求 。 同时双作动分离螺母包含两套解锁机构 ， 其中任意一套动作就能够确保分离面每一个分离点的可靠分离 。 连接稳固、分离可靠的连接解锁与分离关键技术 ， 成就了嫦娥五号的从容飞天之旅 。
月球轨道对接与样品转移技术：
精准接 无缝转
嫦娥五号在38万公里外实施了世界首次月球轨道自动无人交会对接与样品转移 。 对接机构中的运动位置精度和对中性是影响样品容器转移的关键 ， 对接精度要求达到毫米级 。
为了解决这一难题 ， 中国航天科技集团八院研制团队创造性地研制出了抱爪式对接机构 ， 配合采用棘爪式转移机构 ， 在自动无人交会对接的同时实现样品容器的自动转移 ， 这一技术是世界首创 ， 成就了嫦娥飞天采样返回中极为重要的一环 。
在此基础上 ， 研制团队还构建了整机特性测试台、性能测试台、综合测试台、热真空试验台四大世界一流地面测试系统 ， 充分验证对接与样品转移机构地面试验的有效性 。
总体优化与结构轻量化技术：
轻如燕 高负载
受探测器整体重量约束的影响 ， 轨道器在具备强大的承载能力的同时 ， 还得做到身轻如燕 。
为了做到身材比例的完美 ， 轨道器首次使用大承载复杂构型轻量化结构；首次创新使用多次分离复杂构型；首次使用多冗余路径复合传力结构 ， 首次采用大承载复合材料一体成型插层变厚度承力球冠技术等7项创新技术 ， 结构质量比达到9.6% ， 真正做到了效能最优 。 仅仅46千克的承力球冠能够承载3吨贮箱 ， 具备30吨的极限承载能力 ， 真正做到了“鸡蛋壳上挂秤砣” 。
通过积极创新设计 ， 轨道器内有铮铮铁骨 ， 外有完美身材 ， 擎得起飞天梦想 ， 稳得住每个动作 ， 成就了可靠的飞天嫦娥 。
分布式综合电子技术：
分区管 高可拓
轨道器采用分舱段设计 ， 各舱段都有对应的配电管理、热控管理、信息管理需求 。 如果按照传统的模式进行整器电气设计 ， 需要大量的跨舱段电缆进行信息交互 ， 对轨道器的重量设计、分离面设计、电缆网设计以及整器总装造成负担 。
【助推器|航天科技八院长征五号助推器及嫦娥五号轨道器研制记】为此 ， 研制团队创新提出了分区域管理的分布式综合电子单机设计思想 ， 通过区域划分和整体布局 ， 最大可能地减少穿舱电缆与舱段内硬线连接 。 同时 ， 团队还创新提出整器电气管理的区域化、标准化、模块化设计思想 ， 通过制定一系列标准规范 ， 使得综合电子系统做到从内到外整齐标准 ， 灵活组装、易于拓展 ， 跑得稳软件 ， 传得好信号 ， 点得起火工品 ， 控得住机构 。 目前分布式综合电子技术已在多种飞行器推广应用 ， 走出了一条不同以往的新路 。 （范文超 王玓瑭） 来源：航天科技网站

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