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对我国运载火箭高密度发射应对措施的几点思考

时间:2016年04月22日 信息来源:《中国航天》 点击: 【字体:



引言


 十二五期间我国长征系列运载火箭共完成90余次发射任务,成功执行载人航天、探月等重大工程任务,将多颗卫星、神舟飞船、探测器等有效载荷送入预定轨道。201 1年和2012年,我国航天发射次数连续两年超过美国,位居世界第二;连续多年保持世界前三位,这标志着我国运载火箭高密度发射已经成为常态,航天的整体实力实现了大幅提升。



  我国运载火箭高密度发射连续成功,其后必定有质量控制、研制模式管理等多方面的经验可以总结。本文从运载火箭总体设计的角度出发,对我国运载火箭在高密度发射过程中一些具体的应对措施进行总结,期望对后续工作提供一些有益的参考。


一、高密度发射态势


 近些年世界主要航天国家运载火箭发射次数如表1所示。我国长征系列运载火箭高密度发射呈现出如下特点:
  1.年发射频率已经从10余次进入20余次量级,总次数连续两年超过美国,连续三年位居世界第二,可以说自2010年之后,我国运载火箭发射次数已经从世界第二集团迈入第一集团;
  2.长征3A系列火箭在2012年实现单一型号发射次数超过50次,长征2C系列预计在2016年即将实现单一型号发射次数超过50次,这些发射记录充分验证了火箭的可靠性水平,促进了中国运载火箭产业化进程,标志着我国长征系列运载火箭从“产品”向“商品”的转变;
  3.未来几年内,长征系列运载火箭的年发射频率将从20余次提高到30余次,对火箭设计、试验、生产、测试和发射能力均提出了更高的要求;
  4.“十二五”末及之后,我们将面临持续的高密度发射任务, “持续”已经成为后续发射任务的显著特征和关键词。


二、应对措施及取得的成果


  经历多年的高密度发射,我们逐步形成了应对高密度发射的总体工作思路:以风险控制为核心,以量化控制为手段,着力提高可靠性水平,优化工作流程,提高工作效率,全面满足运载火箭高密度发射需求。


 

 1.践行风险分析与控制方法


  二八定律(帕累托定律)提出,任何一组东西中,最重要的只占一部分,约20%,其余80%尽管是多数,都是次要的。这提示我们,在运载火箭高密度发射中必须抓住主要矛盾,必须提前识别风险划分为4类,即关键技术风险、设计质量风险、产品质量风险和操作质量风险,并建立了技术风险体系。在高密度发射中,研制部门始终将风险分析与控制作为一种方法,通过风险分析识别型号研制中的薄弱环节,寻找正确的方法对薄弱环节进行控制,确保运载火箭发射持续成功。


表1近5年世界主要航天国家运载火箭发射次数


  2.加强精细化质量管控能力


  墨菲定律提出,只要存在发生事故的原因,不管其可能性多么小,事故就一定会发生。这提示我们,在高密度发射工作中不能抱有侥幸心理,不能忽略任何一个细节,要把事故消灭在萌芽状态,要坚决落实“量化控制”、“学会把工作做细”的质量工作要求。
  针对运载火箭型号研制中的关键技术、设计质量、产品质量和操作质量4类技术风险,研制部门从综合质量管理、设计过程控制、产品过程控制和试验过程控制4个方面实施具体措施,初步探索形成了精细化、量化的运载火箭总体设计质量管陉体系。
  在运载火箭精细化设计工作中,总体设计部门围绕型号设计文件通过设计说明书、设计模板、设计要素、三级审签要点、设计履历等5个维度的工作进行质量管控,实现设计工作精细、受控。
  在单点识别与控制工作中,按照FMEA(自下而上)、FTA(自上而下)等方式,全面识别型号产品存在的I、II类单点故障模式;以单点为索引,形成涵盖I、II类单点故障模式识别、分析与控制手段,包括数据包、强制检验点、多媒体记录在内的全寿命周期控制措施。
  在技术状态变化分析与控制中,不仅关注硬件产品技术状态变化,同时关注参数类软技术状态变化;不仅关注产品的技术状态变化,同时关注人员的状态变化;不仅关注设计状态变化,同时关注工艺、装配、生产、设备、试验状态等变化。
  在成功数据包络分析中,不仅开展产品从出厂到靶场的纵向包络比对,并且开展不同发次产品间的横向比对,实现两维数据包络分析;随着组批投产和产品化工作推进,产品贮存时间加长,引入时间轴,开展产品的性能参数随时间变化分析,实现两维数据包络分析向三维的转变;由关注单机产品测试数据包络分析向总装、测试总体参数数据包络分析的转变。
  在拧紧力矩量化控制中,采用实测力矩、理论分析和专项试验相结合的方法确定拧紧力矩量化要求;梳理和确认失效将导致I、II类严酷度的部位,对没有明确要求的,制定拧紧力矩专题改进计划;对确实无法进行量化力矩要求的要有分析,要有防松措施和不影响产品质量的明确结论。
  在基于表格化管理的靶场信息管理系统中,对靶场各个环节工作实施表格化确认;基于商业化软件,对靶场工作流程和检查确认进行管理;基于PAD+JI艮务器模式建立靶场信息管理系统,实现我国运载火箭发射场管理的信息现代化。


  3.提升可靠性与适应性水平


  发明定律提出,任何人创造的事及方法都可以改进提高。这提示我们,我国运载火箭必须持续改进,不断提高火箭可靠性与适应性水平;这也提示我们,任何经典的诞生都是对极致标准的不懈追求,任何金牌火箭的诞生都是对极致标准的不懈追求。
  近些年我国运载火箭不断进行技术创新,进行电气系统冗余设计,提高系统可靠性;研制新型整流罩,为有效载荷提供更大的空间;突破地月转移轨道、中圆转移轨道、倾斜地球同步转移轨道等多种轨道发射技术,成功完成月球探测任务;成功应用天基测量技术,显著提高运载火箭发射适应性;有效缩短火箭在发射场工作时间,创造了18天内同一工位圆满完成两次发射的纪录。


  4.优化型号产品化管理流程


  《庄子.渔父》提出,同类相从,同声相应,固天之理也。《易.系辞上》:方以类聚,物以群分。这提示我们,世界万物均可以以类划分、以类管理;在运载火箭型号研制工作中要以产品化为抓手,解决型号研制、生产、测试中高密度发射的矛盾。
  在产品化工作中,总体设计部建立总体产品化体系,推进在研、在飞型号两个产品化流程建设,获取产品化管理顶层标准规范,完成了《运载型号产品化型谱规划》,提出测量系统基本型概念,开展测量、增压输送和结构系统共35种单机的成熟度认定。
  针对运载火箭高密度发射,研制部f-j实施生产出厂批次化措施。其中总体提前规划,及时理清状态基线,为火箭批产提供依据;提出了“组批火箭控制”的技术状态基线的设置方法;多发火箭组批生产,使生产线发挥了更大效率,大大节省了多发火箭的总生产周期;同一时期生产的发射日期相近的火箭采用集中进行出厂评审的办法,提高出厂准备工作效率。


  5.提高各专业设计工作效率


  马克思提出,生产工具是生产力的标志;能够制造和使用用具是人和动物的本质区别。这提示我们,人类社会的发展史是一部工具发展史;提升运载火箭总体设计的工作效率主要靠工具,并且依靠设计工具可以实现设计流程固化、设计经验固化的目的。
  总体设计部在型号研制工作中形成了专业计算程序、专业设计平台和自动判读和自动结果分析等3类设计工具。形成了多种类的专业计算程序,如火箭原始数据计算、飞行时序自动设计、电子地图等;研发了多专业设计平台,如火箭动力系统通用仿真平台、姿态控制集成设计软件平台、通用弹道和制导仿真设计平台等;开发了适用于高密度发射的自动判读和自动结果分析软件,这些软件在出厂、靶场测试中的应用逐渐趋于成熟,总体大部分专业可以在收到遥测数据后短时间内完成结果分析。


  6.队伍心理和能力逐步成熟


  海恩法则提出,再好的技术,再完美的规章,在实际操作层面,也无法取代人自身的素质和责任心。这提示我们,在运载火箭高密度发射工作中,人是最主要的因素,人是每一次发射这个“独立事件”的关联因素。
  在高密度发射中,火箭研制团队质量意识越来越高,对“成功是硬道理”、“成功是一种信仰”的理解和认识更加深刻。质量意识的实质就是风险意识、识别风险的能力和对风险的控制能力。能不能找到工作中的风险,能不能用有效的方法控制工作中的风险,这就是质量意识。
  在高密度发射中,研制部门营造了主动归零、敢于归零的氛围,提前发现多个质量问题。研制队伍提前发现问题的能力显著提升,大家已经充分认识到“归零”是对技术、管理问题的深入认识和全面改进,已经在心理上从被动、拒绝归零向主动、接受归零转变。
  在高密度发射中,研制团队心智不断成熟,心理认可标准不断提高。在经历这些年的高密度发射任务洗礼后,型号队伍的心理承受能力逐步提高,对抵御风险和克服困难的勇气和决心越来越强。这是高密度发射过程中积累的巨大宝贵财富,也是能够全面完成高密度发射的思想保障。


三、后续工作思考


  后续工作中,我国长征系列运载火箭仍将面临持续的高强度发射任务,尤其在“十三五”期间,发射次数有可能创造新的历史。因此,对前期工作进行一些思考,总结有效的工作方法,将有利于后续成功地组织发射工作。

 后续高密度发射工作中,我们要持续思考并做好各项工作,包括持续提升人员素质能力,持续推进火箭产品化工作,持续优化运载火箭质量管控体系,加强质量管控手段信息化,开展靶场工作精细化设计,提供远程测试发射支持保障等。


四、结束语


 《宋史》云, “胜非为难,持之为难”。运载火箭高密度发射已经成为中国航天发展过程中的常态,发现问题、寻找方法、解决问题、系统总结, 是保证我们后续工作有效的方式和方法。


  上文选自《中国航天》,如有需要请查阅该期刊。



 

 

(作者:陈海鹏 张兵 徐文彬)
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