界面新聞?dòng)浾?| 劉素楠
界面新聞編輯 | 彭朋
近日，界面新聞從上?？臻g推進(jìn)研究所獲悉，該所研制的第三代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
2004年1月23日，我國(guó)首次月球探測(cè)工程正式立項(xiàng)，開啟了我國(guó)月球與深空探測(cè)事業(yè)的輝煌征程。二十多年來，上海團(tuán)隊(duì)一直是我國(guó)深空探測(cè)的重要力量。
上海空間推進(jìn)研究所隸屬于中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司航天推進(jìn)技術(shù)研究院，從1965年開始從事航天型號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)的研制工作，是國(guó)內(nèi)唯一從事空間姿、軌控推進(jìn)系統(tǒng)及組件研制，集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)與靶場(chǎng)服務(wù)于一體的專業(yè)研究所。
推進(jìn)系統(tǒng)被稱為航天領(lǐng)域國(guó)之重器的“心臟”。長(zhǎng)期以來，航天技術(shù)僅僅掌握在少數(shù)幾個(gè)國(guó)家手中。從零開始，是上世紀(jì)航天科技人員普遍面臨的挑戰(zhàn)，上?？臻g推進(jìn)研究所成為了空間推進(jìn)領(lǐng)域的技術(shù)破壁者。
“讓我感到自豪的是，我們參與研制的490牛發(fā)動(dòng)機(jī)不僅成了所里的金牌產(chǎn)品，也成為我國(guó)航天領(lǐng)域的金牌產(chǎn)品?！?上?？臻g推進(jìn)研究所特級(jí)技師、高級(jí)工程師王志江對(duì)界面新聞表示。
據(jù)研究所副所長(zhǎng)王小波介紹，研究所目前有從業(yè)人員1200余人，其中，技能工人占比27.8%。而這部分技能人員，正是研究所承擔(dān)的航天工程產(chǎn)品從藍(lán)圖到蒼穹“最后一公里”的執(zhí)行者，其價(jià)值更在于將工程可能性轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)可靠性。王志江正是其中的代表，作為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)頭部及推力室關(guān)鍵零部件組合加工的技能專家，他是許多人口中的“王大師”。
1997年，王志江進(jìn)入上?？臻g推進(jìn)研究所，跟隨師傅學(xué)習(xí)航天發(fā)動(dòng)機(jī)的加工技藝，那時(shí)由于缺乏精加工機(jī)械，普通機(jī)床的刀具都要靠技師手工打磨。其師傅所生產(chǎn)的第一代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)，正是嫦娥一號(hào)月球探測(cè)器的主要?jiǎng)恿Ξa(chǎn)品，也是我國(guó)第一臺(tái)液體遠(yuǎn)地點(diǎn)軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，被廣泛應(yīng)用于航天器遠(yuǎn)地點(diǎn)機(jī)動(dòng)入軌或?yàn)槠渌壍罊C(jī)動(dòng)提供動(dòng)力。1994-2021年間，上?？臻g推進(jìn)研究所歷時(shí)12年、自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的第一代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)成功完成51顆航天器的變軌飛行任務(wù)，飛行成功率達(dá)100%，被譽(yù)為“金牌發(fā)動(dòng)機(jī)”。
而上海團(tuán)隊(duì)的突破，仍在一次次重塑大國(guó)空天競(jìng)爭(zhēng)格局。
“第一代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)真空比沖為304.7秒，曾經(jīng)成為制約我國(guó)航天器壽命上臺(tái)階的技術(shù)瓶頸，因此開展了基于鈮合金材料的高性能第二代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作，比沖提高10秒。”上?？臻g推進(jìn)研究所2020年發(fā)布的一篇論文指出。
比沖是衡量航天推動(dòng)器的關(guān)鍵性指標(biāo)之一，單位以秒來計(jì)算，通常指一公斤燃料持續(xù)提供某個(gè)推力的時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)，意味著發(fā)動(dòng)機(jī)效率越高，能夠節(jié)省大量燃料，延長(zhǎng)使用壽命。
據(jù)報(bào)道，在第二代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)立項(xiàng)之初，研制團(tuán)隊(duì)為了解決材料燒蝕問題，遠(yuǎn)赴北京、西安、寧夏、昆明等地調(diào)研，翻譯整理文獻(xiàn)資料200余份，出具了多版設(shè)計(jì)方案，高強(qiáng)度的點(diǎn)火試車更是家常便飯，往往一做就要一天一夜。
王志江團(tuán)隊(duì)是將航天設(shè)計(jì)師的圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的關(guān)鍵一環(huán)。為了解決新材料的加工問題，團(tuán)隊(duì)在不同材質(zhì)工具和不同加工方法中反復(fù)嘗試，逐步摸索掌握稀有金屬的加工技術(shù)。
目前，上?？臻g推進(jìn)研究所研制的第三代490牛發(fā)動(dòng)機(jī)，已通過25000秒長(zhǎng)壽命高空模擬熱試車考核，真空比沖達(dá)325秒，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
王志江技能團(tuán)隊(duì)的重要性，不止體現(xiàn)在這一個(gè)項(xiàng)目上。
“1.5噸發(fā)動(dòng)機(jī)是我們團(tuán)隊(duì)耗時(shí)最長(zhǎng)的一個(gè)項(xiàng)目，大家都開玩笑說它是‘機(jī)械加工的天花板’。”王志江舉起一個(gè)銀色的噴注器盤介紹道。這個(gè)產(chǎn)品涉及車銑刨磨鉗等多個(gè)工種，而幾乎每個(gè)工種都遭遇到不同的挑戰(zhàn)。
這個(gè)噴注器盤共有近千個(gè)大小不一、孔徑小于1毫米的微小孔。王志江說，這些微小孔的大小、深度、角度和距離，事關(guān)燃料的噴注效率，需要精工制造。
最小孔徑僅0.3毫米，深度卻有9毫米，深徑比達(dá)到30，這給機(jī)械加工制造了難題——其難度不僅在于刀具細(xì)長(zhǎng)、強(qiáng)度低，易發(fā)生刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，一旦刀具在里面折斷，整個(gè)產(chǎn)品就會(huì)報(bào)廢。最終，團(tuán)隊(duì)花費(fèi)兩年時(shí)間成功攻克這一系列難題，以往加工一個(gè)噴注器盤要耗時(shí)2個(gè)月，現(xiàn)在僅需15天。
如今，王志江團(tuán)隊(duì)探索的浮動(dòng)研磨技術(shù)、“單徑變速”微小孔加工技術(shù)、新型組合車削技術(shù)、鈦合金超薄壁加工技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)成果都已先后在載人飛船、貨運(yùn)飛船、月球及火星探測(cè)器、衛(wèi)星等航天器生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，效果顯著。
據(jù)王小波介紹，自1965年建所至今，研究所共研制生產(chǎn)了近百種大、中、小液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及空間推進(jìn)系統(tǒng)，掌握了一批空間推進(jìn)領(lǐng)域核心技術(shù)，形成了從毫牛級(jí)推力到1.5噸級(jí)推力的發(fā)動(dòng)機(jī)型譜，多類空間推進(jìn)系統(tǒng)已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。
咨詢公司MarketsandMarkets發(fā)布的《空間推進(jìn)系統(tǒng)市場(chǎng)報(bào)告2023》（《Space Propulsion Systems Market Report 2023》）預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2027年該市場(chǎng)將達(dá)到171.5億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為15.4%。2022年北美是空間推進(jìn)系統(tǒng)最大的市場(chǎng)，而亞太市場(chǎng)增長(zhǎng)最快。
上?？臻g推進(jìn)研究所除承擔(dān)著國(guó)家重大工程任務(wù)外，也正在加快商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，首次承接了太空飛船商業(yè)項(xiàng)目，商業(yè)衛(wèi)星霍爾電推進(jìn)產(chǎn)品還榮獲上海市國(guó)防科技工業(yè)協(xié)會(huì)“高新技術(shù)成果創(chuàng)新獎(jiǎng)”。
空天產(chǎn)業(yè)需求正在爆發(fā)，上?？臻g推進(jìn)研究所如何應(yīng)對(duì)規(guī)?；枨?？
王小波對(duì)界面新聞表示，在生產(chǎn)端，研究所將聚焦精密機(jī)械加工等核心業(yè)務(wù)，持續(xù)加大硬件設(shè)備投入和技能人才培養(yǎng)力度，以卓越產(chǎn)品行動(dòng)和單元經(jīng)營(yíng)模式實(shí)踐積極推動(dòng)經(jīng)營(yíng)模式轉(zhuǎn)型。而在設(shè)計(jì)端，研究所以“數(shù)字世界多次迭代，物理世界一次成功”為理念，充分利用仿真和數(shù)字化的手段，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)“一次設(shè)計(jì)成功”，進(jìn)而提高研制質(zhì)量和效率。同時(shí)，研究所也正以更為積極開放的姿態(tài)瞄準(zhǔn)AI賦能，廣泛調(diào)研、加速推進(jìn)人工智能的應(yīng)用。