作者:崔霞 李宁 陶嘉树 张博 张昊 来源:央视新闻客户端 发布时间:2023/2/9 11:17:49
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当“火箭发动机”遇到“数字化”

 

今年,我国计划实施近70次宇航发射,有望再次刷新纪录。高密度的发射对火箭的整体要求近乎苛刻,中国航天如何做到高密度发射下的高成功率?今天的《一线调研 实干见闻》,我们就去火箭的“心脏”航天发动机研制团队看一看。

设计

从“十年一箭”到“八年九机”的秘诀

春节刚过,记者就来到了位于西安的航天科技集团六院,这里是我国液体火箭发动机的研制中心,为我国所有的长征系列运载火箭提供动力。

记者:你们这个室就是负责面向未来的一些发动机研制的?

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:没错,我们就是面向我国重大航天任务需求。

记者:抓总研制。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:对,世界水平的发动机。它就是我们的第一款。

记者:这款发动机的设计是全数字化了。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:全数字化了。

赵剑说的这款发动机就是500吨级液氧煤油发动机,这是我国目前在研推力最大的液体火箭发动机,去年底,首次整机试车就取得圆满成功。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:这发动机从零开始到真正的第一次系统级的热试车,大概是花了4年时间,包括设计到生产加上实验。

记者:这个速度是跟之前相比是不是已经很快了?

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:像这么大一个发动机,我举个例子说,咱们现在的120吨发动机,就目前空间站的主动力发动机,它从零开始到真正试车,大概就是以10年为周期。

赵剑说,研制时间大幅度缩短,是因为他们在一开始设计的时候就引入了数字化,按照以往的设计模式,需要手绘设计图,工厂再出工艺图,再交给工人去加工。一有改动,所有的流程就要重新来一遍。

赵剑告诉记者,现在航天重大任务中,都要求质量高、周期短、成本低,过去的手工制图已经无法适应了。为此,院里启动了数字化转型,自主研发了“郁金香”模型库,以往凭设计师个人经验无法想象的设计方案,在仿真模型的计算下都可以实现。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:我所有的尺寸图纸全是三维呈现,全是整个真实地在这里体现出来,包括它的公差,包括粗糙度,包括这个位置入口,包括加工尺寸。

记者:这是传感器是吧?

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:对。相对原来的方案减了50%重量。如果让你设计,你肯定不会这么设计,想象不出这里把它凹进去对吧?这里凹进去,然后再把它长出来,你是想不出来的,这都是算出来的。

赵剑说数字化模型算出来的结果,让发动机研制效率提高了几十倍,设计完成之后,还可以通过仿真试车来一遍一遍验证结果。

记者:可不可以这么理解,仿真试车就相当于我打游戏过关一样,每一关,每一关,即便是这关我没过,我可以重来。但是按照以前的话,我可能这一关没过,就意味着游戏结束了。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑:多轮迭代的仿真的数字化的这种研制模式,它每一步发动机从0秒开始发指令,到零点零几秒,哪个阀打开,零点几秒,到哪个位置,知道它在什么时候会做什么动作,载荷是什么样的。然后我的产品能不能扛得住,我们也经过了详细的计算。在我们这种认知范围内我们去做到极致,这样才能保证真实试车一次成功。

赵剑告诉记者,他所在的航天六院提出,在8年内要完成9款新型发动机的研制。从十年磨一剑到8年9款新发动机,采访过程中,我们找到了其中的秘诀,就是用数字化赋能航天发展。

制造

从“工艺品”到“工业品”的转变

使用数字化以后,发动机的设计师们有了更多的信心和底气。设计是产品的第一个环节,设计完成之后,还要通过总装加工来实现,那么总装车间又是如何通过数字化来完成生产任务的?继续来看记者的调研。

在西安航天发动机有限公司,记者见到了主管生产任务的副总经理刘友强。去年,他们公司交付的各型发动机再创历史新高,今年任务量更大。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强:每个人会有个责任令,可以说它是军令状,这里边就规定得比较细了,不管是数量还是质量,都比以往上了一个层次。

在采访的时候,刘友强接到了生产车间打来的电话,记者和他一起赶往生产车间。

记者:过年去哪了?

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强:过年我哪都没去。好多一线的初三就已经到岗了,到初四初五人就非常多了,达到1500人左右了。我们在春节前把2023年的工作基本上都安排到位了,关键环节关键点,得确认一下是不是按照预期正常起步的。

刘友强来到的是120吨液氧煤油发动机的总装车间,这是我国新一代运载火箭的主力发动机。这几年中国空间站发射的长征五号B、长征七号运载火箭,用的都是他们研制的发动机,未来探月四期、火星、小行星等深空探测计划,对它们的需求会更大。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强:新一代液氧煤油发动机,总装的脉动线,建成的第一天开始就基本上满负荷运行了。

刘友强介绍,去年,公司交付了60台120吨级液氧煤油发动机,今年的交付任务达到80台以上,他每天最重要的任务就是盯住生产进度。

记者:交货的期限就卡在小时级了。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强:是这样的,你现在如果还是说明天干什么,后天干什么,根本不行,你应该说明天几点钟之前干什么,几点钟干什么。

刘友强告诉记者,以前发射任务少,需要的航天产品量很小,有的都是孤品,都是靠传统人工加班加点赶出来的。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强:你像四五年前这个也就是交付10台8台,再往前就更不用说了,因为外部没有需求。你看现在,接近商品,产品化了。

刘友强说,这两年发射次数越来越多,为此,公司实施了“卓越产品行动”计划,各车间生产现场机械臂、自动上下料系统、智能立体库、无人运输系统等自动化设备随处可见,新的脉动生产线也正在建设中,预计6月就将投产。

记者:这条线要投产之后,你这压力就能小一点。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强:那小很多,真的小很多。

采访结束时,刘友强告诉记者,自动化、智能化装备的大量使用,使得以往靠手工打造的“工艺品”成了现在批产的“工业品”。尽管今年的生产任务压力依然很大,但有信心能够保质保量完成交付。

试车

从一台专用到一台多用的转型

我们已经看到了航天发动机的设计和制造,在发动机的研制过程中,还有一个非常关键的环节,就是试车,不管是新研制的发动机还是准备交付的发动机,都要在试验台上点火来验证性能。为了满足航天任务的需要,新的试车台也在加紧建设中,未来这个新的试车台也将是全数字化的。

总台央视记者 李宁:位于陕西铜川,亚洲最大的液体火箭发动机试车台正在建造过程中,目前,主体结构已经完工,正在进行试验设备的安装调试,预计3月底将交付使用。

麻军德是这个项目的负责人之一,他告诉记者,整个春节他们都没有放假,在加班赶进度,现在,测控大厅已经完工,试验台的主容器已经顺利安装落位,关键设备全部进场。他们所里现有的试验台是保障现役发动机研制试验的,无法满足新研大推力发动机的试车任务,未来的任务就指望这个台子了。

航天科技集团六院165所五室副主任 麻军德:这个试验台主要承担目前我国最大推力的500吨级液氧煤油发动机,还有300吨级发动机,以及向下兼容,包括200吨级的发动机等。承担的型号是非常多的,所以我们把这个台子定义为多功能柔性化的一个试验台。

麻军德带着记者边走边介绍,不同于以往,这个试验台采用双工位设计,依山势形成倾斜角度,这样的设计既节约成本,还能够快速形成试验能力,满足发动机的研制需求。此外,智能化、数字化等新技术也将应用其中。

航天科技集团六院165所五室副主任 麻军德:我们要打造成一个数字化试验台,我们所有的数据的采集,采集完之后的处理交付,直接传送到我们西安本部。

通过调研,记者发现,从设计、制造到试车,火箭发动机研制的每个环节都在满负荷运行,在中国航天密集发射任务的背后,是国民经济对航天需求的快速增长。而在这种需求牵引下,无论是设计端的从图纸到模型,还是制造端的从人工到智能,中国航天都在全面推进数字化转型,这种转型也成为高密度发射任务的有力支撑!

(总台央视记者 崔霞 李宁 陶嘉树 张博 张昊)

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