澳门银河开户代理:揭秘嫦娥4号登陆月背关键装备:变推力发动机

2019-02-17 10:41 西安日报
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  今年春节期间,被称为中国硬科技科幻大片的《流浪地球》热映。电影中太阳即将毁灭,人类在地球表面建造出1万多个巨大“行星发动机”,推动地球寻找新的家园。如同电影里展现的一样,“发动机”是人类探索太空的关键技术之一。推动地球移动的发动机,对于目前人类科技而言只能是“科幻”;但在前不久圆满完成的“嫦娥四号”工程任务中,美丽的嫦娥“四姑娘”代表地球上居住的75亿人类,第一次登上月球背面,却是我们这个时代太空技术发展高度的标志性成果之一。然而,又有谁知道,“四姑娘”这次人类历史上首次月背之旅,多亏她穿上了一双神奇的太空“舞鞋”——“嫦娥四号”变推力发动机。而变推力发动机的研制单位,就是位于西安的中国航天科技集团六院。

  ■首席记者 杨斌鹄

  打造量身定制的太空“舞鞋”

  2018年12月8日,从长征三号乙运载火箭上脱离后,“嫦娥四号”便信心满满,开始了她的太空“曼舞”。她知道,此去征程路遥遥,长达42万公里。

  飞过漫长的旅途,“四姑娘”用一脚精准的“刹车”,成功被月球捕获,正式登上表演的“舞台”。动力下降、减速调姿、悬停避障……“嫦娥四号”穿上一双量身定制的“舞鞋”——7500N变推力发动机,时而“轻手轻脚”,时而“开足马力”……“四姑娘”在太空中一系列变换“舞姿”的动作,潇洒自如。

  然而,鲜有人知道,这双量身定做的“舞鞋”出自中国航天科技集团六院变推力发动机研制团队成员之手。有媒体这样形容7500N变推力发动机的表现,既“推得精、飞得稳”,又“变得妙、落得准”。

  值得一提的是,这双“舞鞋”最早“穿”在嫦娥三号的“脚”上。“三姑娘”是我国第一个在月球表面实现软着陆的探测器。落月过程要求发动机具备深度节流能力,能够实现多种推力工况的快速变化。7500N变推力发动机的研制,正是为了圆“三姑娘”的“探月梦”。

  和“嫦娥三号”相比,“四姑娘”要实现世界上首次在月球背面着陆,环境更复杂,对发动机的要求也更严苛。“嫦娥四号”的这双“舞鞋”,不仅要更“漂亮”,性能也要实现新提高。而令“四姑娘”感到非常幸运的是,这一次穿在她脚上的这双舞鞋,真正地达到了要求:发动机外观涂层更美观,使用寿命更长;衡量发动机性能的指标——比冲,从原来的308秒提高到310秒。

  看似不起眼的涂层和2秒钟的差距,这背后体现了六院变推力研制团队精益求精的态度。在产品的质量复查单上,200多根导管、400多条焊缝管路、400多处螺钉连接都要做到精细化处理。为了让运动部件配合更加准确,研制团队将零件加工精度提高到0.005毫米。

  变推力发动机主任设计师兰晓辉依然记得,在一次对即将交付产品的电性能测试中,有一个电磁阀开启时间超出了设计要求的几毫秒。尽管交付在即,为了达到“满分”标准,团队成员还是将产品重新拆卸、查找问题根源,最终成功解决问题。而他们所做的这一切,只为让“嫦娥四号”能在险象环生、环境复杂的太空上演最美的“舞姿”,以最稳健的方式实现月背落月的目标。

  十余载艰难跋涉 攻克技术难关

  其实,这双“舞鞋”的研制之路,早在2006年已经开启。当时,“嫦娥三号”动力系统“最后一棒”的重任,落到了中国航天科技集团六院变推力发动机研制团队的手中。面对一无经验、二无材料的窘境,他们决定依靠自主创新,研发国产变推力发动机,解决“嫦娥三号”的动力问题。更为棘手的是,这双“舞鞋”要求5年内完成交付。而常规情况下,从论证设计到产品交付,研制一种新发动机至少需要10年时间。时间紧、任务重,研发团队的压力可想而知。

  接到7500N变推力发动机研制任务之前,兰晓辉多年从事运载火箭三级发动机二次启动研制工作。外人看来,高空发动机与变推力发动机有着多次启动、高工况工作的共同特点。但从专业角度来说,二者一个是固定推力、一个是变推力;结构设计方面,一个是固定部件、一个是活动部件,可谓天差地别。

  变推力发动机可行性研制论证任务,对兰晓辉及其团队而言是一道从未有过的难题。他们既面临着国内从未有任何变推力发动机研制经验、国外资料严重封锁无可借鉴的多种困难。变推力发动机研制,由于先天不足,从一开始就面临着山重水复疑无路的重重困难。而一旦不能在任务进度节点上攻克难关,还面临着研制立项化为泡影的威胁。

  在重重困难面前,兰晓辉带领研制团队艰难起步,以蚂蚁啃骨头的精神,挖掘现有的发动机基础理论和相关技术,确定发动机各项设计目标,对各个部组件进行多方案论证,理顺各个方案组合的可行性。发动机温度过高、性能低、推力室烧穿,都是家常便饭。为了解决接踵而来的难题,研制团队不断迸发出新的智慧,在产品改进的同时,开发了发动机性能仿真计算、热环境仿真试验等软件,加快了研制进度,不仅成功实现了研制立项,还节约了一笔不小的研制经费。

  2008年4月,600秒长时间变推力发动机可靠性试车的成功,标志着该发动机关键技术得到全面突破,转入工程研制。然而,新的难题又纷至沓来。难度最大的是应探测器设计要求,在发动机周围采取隔热的方式进行热防护。这对发动机自身冷却提出了极为严苛的要求,不仅要求推力室壁耐高温能力强,还要尽量让燃烧室降低温度,提高燃烧效率,两者几乎是悖论。兰晓辉带领团队提出了创新的冷却方式,使该发动机在性能和冷却技术方面均达到国际先进水平,圆满解决了这一难题。

  2011年底,当7500N变推力发动机连续8台可靠性试车全部获得成功,研制团队紧绷的神经,总算稍稍放松。

  然而,到了“首秀”的那一天,兰晓辉又紧张地“捏着一把汗”。探测器要在飞行至月球100公里高度时进行“紧急刹车”。然而,遥测数据传回地面飞控中心有数秒钟的延迟,一旦有任何失误,探测器就会飞离轨道。好在发动机开机点火的信号准时传回地面,“三姑娘”脚踏“舞鞋”,“舞步”精准又柔美。

  5年之后,美丽的“四姑娘”再次怀抱月球车,在天宇划出一道美妙的弧线。身姿婀娜曼妙,亮相仪态万方,让时刻关注“嫦娥四号”落月动态的六院研制团队喜极而泣。所有的艰难跋涉,在这一刻幻化成了幸福的泪水。

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责编:范辰言
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