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副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

2020-06-28 10:54:05 来源:央视新闻客户端
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面对面丨专访北斗卫星导航系统工程副总设计师:北斗收官的幕后故事

2020年6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星。这标志着北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

《面对面》栏目记者在北京专访中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统工程副总设计师冉承其。

鸡爪形裂纹引起的全过程核查

此次发射的卫星是一颗地球静止轨道卫星,也是北斗三号全球卫星导航系统星座部署的收官卫星。按照原计划,此次发射定于6月16日上午,但当天清晨6点,官方却发布了发射任务推迟的消息。

问题发现于6月15日晚八点多钟,发射现场工作人员发现,控制氧流量的一个稳压器里面一个减压阀出了故障。经过讨论,专家们的意见很快得以集中:如果排除测试设备问题,那么阀门产品是否存在问题需要尽快排查。发射塔架上,操作人员按流程进入火箭舱体中对减压阀进行检查,壳体上一个三四公分大小的鸡爪形细小裂纹映入眼帘。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

记者:像鸡爪一样的裂纹?

冉承其:是的,呈放射状的这种裂纹,我们当时唯一不放心的就是它的机理我们没有吃得特别准,所以采取的措施就是两条线并举,一边我们继续更换这个产品,保证它没有问题,发射的流程计划按照我们预定的计划往下走。

发射场的人员迅速联系北京的同志,对同批次产品从设计到生产、检验进行全过程核查。同时,紧急更换备份产品,并检查工作状况是否满足要求。临近12点,新更换的同批次产品经检测工作状态正常,具备实施任务条件,但任务指挥部没有很快作出重启发射的决定。6月16日凌晨1点,北京方面对产品抽检件的材料分析结果传来,问题得到复现。

冉承其:是材料的一种现象,这个方面是以前我们认为不太可能出现的问题,我们认为它可能还有我们没有完全特别清楚的地方,我们有句话“不带疑点加注,不带隐患上天”,就是要把它彻底搞明白,查找原因,最后我们前线任务指挥部决策,中止这次任务发射。

夜以继日的彻底归零工作

6月16日白天,问题产品被迅速送回北京,接受材料检测,当晚,经过前后方结果比对,证明了问题发生的机理。已经加注常规推进剂的火箭矗立在塔架上,必须迅速拿出符合要求的替换产品,协调工作随即展开。与此同时,围绕问题的研究和归零工作也在紧张推进。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

冉承其:这个零就是让这个产品的质量技术状态回到跟正常产品一样,不带任何隐患回到归零状态,我们经常讲“千万不能归而不零,可以归但不能不到零位,一定要回到最好的状态”。6月16日中止发射以后,我们技术人员争分夺秒,几乎都没有休息的时间,6月18日完成了这个产品的彻底归零。

前所未有的最大规模推进剂泄出及重新加注

6月18日晚,工作人员加班加点,将从北京运来的替换产品安装上箭,经测试,指标符合任务要求。但是,由于夏季气温较高,已经加注常规推进剂的火箭贮箱内的燃料温度和气枕容积出现变化,已不满足发射实施条件。

推进剂不泄出显然不行,但泄出后再重新加注,过程中会不会出现新的问题?经过决策,航天人做出了一个艰难的决定:长三甲系列火箭将进行历史上前所未有的最大规模推进剂泄出及重新加注。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

冉承其:相对于加注,泄出是一个逆操作。再一个,推进剂特别是它的氧化剂是有腐蚀性的,时间长了对管路对部件会带来一定影响,并且我们要求保证推进剂泄回的过程中不能有任何闪失,还有一定安全性的风险。

记者:您指的安全性风险是什么?

冉承其:燃烧剂四氧化二氮带有一定的对人身体健康不利的影响因素,既要控制流速,还要保证所有的管路是完好的,不能有任何泄漏,这中间的操作取决于我们一线的操作人员,而这项工作不是天天都在操练的。我们就要把问题做得足够细致,风险分析排查我们专门制定了21项应对举措,关键要靠人高度的专业性和责任心来确保。

从6月19到20日,火箭一级、二级及四个助推加注口以上的氧化剂、燃烧剂分别安全完成泄出操作。粗略计算,泄出量约占加注燃料总量的3/4,规模之大世所罕见。

有限时间内的精准拆除和新产品安装

然而,一波未平,一波又起。夏季高温情况下燃料加注后推迟发射,给航天人带来了新的难题。工作人员在对泄出后的助推器氧箱进行检查时,发现连接传感器的法兰盘螺栓出现轻微腐蚀现象,需要尽快更换。这项操作只能在狭窄的箭体内进行,操作人员要身着防化服从仪器舱舱口钻进火箭内部,以俯卧的姿势,在一个小时以内精准完成拆除和新产品安装工作。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

冉承其:氧化剂有腐蚀性,燃烧剂对人体有些毒副作用,这些都是我们需要研究的问题。我们操作人员就是要胆大心细,还需要有一种舍我其谁的奉献精神。如果没有这次特殊的意外的中止发射,我们加注的同志可能就不会碰到这些风险,我们更换部件的同志也不会碰到这些新的不确定因素,但当需要的时候,每个人都义无反顾坚决完成任务。

最终,工作人员完成了4个助推器氧箱24个螺栓的紧急更换任务,所有人开始为6月23日的重启发射做着各项准备工作。西昌的雷雨季节增加了发射前的难度。雨中,发射前的各项准备工作有序进行。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

记者:到什么情况下您心里有底了?

冉承其:真正比较托底的是像上一次(6月15日)我们发射前的最后一次总检查功能检查,我们线上所有的状态都是正常的,我们不到9点钟就完成了发射前各项功能的检查,一切正常。55颗卫星发射,偏偏在最后一次我们赶上这么一个小劫。我们有个同事讲,就像唐僧西天取经,九九八十一难我们终于把八十一难最后一难给化掉了。

独一无二的短报文能力

6月23日9时43分,长征三号乙运载火箭点火发射,北斗收官之星奔向苍穹。事实上,在2018年年底,随着北斗三号基本系统完成建设,我国已经开始提供全球卫星导航服务。如今,随着最后一颗北斗三号组网卫星的加入,我国有望提供更为精准的增强服务。

冉承其:比如这颗卫星上有我们北斗的短报文能力,比现在天上使用的北斗二号系统能力大大提升。北斗二号的能力每次短信120个汉字,北斗三号每次一千个汉字。除此之外还具备什么能力呢?可以传图像、打语音电话,这是一个重大的突破。这是我们中国科技进步、航天技术进步、北斗团队技术攻关重大进步的一个标志,在全世界是独一无二的能力。

可达厘米级的高精度应用

北斗卫星导航系统是我国自主建设,可与世界其他卫星系统兼容共用的全球卫星导航系统。北斗系统最重要的差异化服务是短报文服务和高精度服务。北斗三号基本导航服务可向全球提供精度优于5米的定位服务,在精密定位方面,最高精度定位动态可达到分米级,静态可达到厘米级。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

冉承其:我经常这样形容,如果出租车装上这套高精度系统,可以闭着眼睛把车开到你的脚底下,这就是我们北斗的特色服务。这是一个了不起的变化,也是一个巨大的成就。这个高精度应用目前只能在我们中国境内用,今后还要把它向全世界推广。

世界最高的授时精度

目前,北斗全球卫星导航系统服务由北斗二号系统和北斗三号系统共同提供,2020年后将平稳过渡到以北斗三号系统为主,计划到2035年以北斗系统为核心,建设更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。

冉承其:我们北斗卫星的授时精度也是世界上最高的,十个纳秒,就是你收到时间的误差不会超过十个纳秒,一个纳秒是十的负九次方。

记者:我们眨个眼睛这个速度?

冉承其:多少个纳秒过去了,时间的这个应用一般普通百姓感受不到,但金融、电信、电力等等都跟时间分不开,尤其是需要更高精度的时间。这个更高精度的时间由我们中国北斗系统自己提供,对我们的安全对我们的发展都会有很大的帮助。

副总设计师谈北斗收官幕后:鸡爪形小裂纹引全过程核查

从1994年北斗一号系统工程立项,到如今北斗三号组网卫星发射任务收官,中国北斗人用20多年的时间实现了55颗卫星的研制发射。其间,北斗人走过了从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”,从“区域服务”到“全球指路”的艰辛历程。2020年北斗全球系统按期建成是大国承诺,也是迈向航天强国的标志之一。

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