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院庆•故事 走在空间推进技术探索的最前端

时间:2018年02月22日 信息来源:中国空间技术研究院官方微信 点击: 字体:

1958年的中科院力学所怀柔分部和中科院自动化所中孕育,几经建制变革、名称更换,五十余年的风雨洗礼将力学的基因、控制的血肉和航天的灵魂融合为一体,北京控制工程研究所推进系统部像一位勇敢坚韧的先驱者,始终走在推进技术探索的最前端,在黑暗中摸索前进的方向,从未退却。

镜头推至1968年,中科院力学所怀柔分部和中科院自动化所气动、液动控制研究室(406室)两支队伍成功会师,成立了今天研究所推进系统部的前身,原定于麻省理工回国的专家未及时到位,暂时由陆元九院士兼任部门主任。1968220日,中国空间技术研究院正式成立,此后自动化研究所正式划归研究院,更名为北京控制工程研究所,406室正式成为研究所的一员。从此至1971年,老一辈推进人开始了艰苦创业之路。

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推进技术考察团访问美国联合技术公司

为了了解国外的先进的推进技术的发展情况,齐汝先曾率领室内优秀设计师团队访问美国联合技术公司,但是此番交流并不顺利。当时美国阿波罗载人飞船服务舱和登月舱上已经成功使用了双组元推进系统,美国联合技术公司在其中提供了大量的技术支持。访问团队本以为此次访问可以引进国外的先进技术或产品,但美国人却以空间推进技术有军事用途为由拒绝了。访问团队什么也没有从美国带回来,只带回来了一张合影,合影中美国人的脸上写着轻视,老一辈推进人的脸上写满了勇做先驱者的决心。

此次访美使老一辈推进人坚定了独立研制出我国自己的卫星推进系统的决心。带着这股斗志推进系统部进入了卅年磨剑的阶段,老一辈推进人通过30年的努力打破层层技术壁垒,实现了从冷气到单组元再到双组元的技术飞跃。

冷气推进系统虽然比冲较低,但系统结构简单、安全可靠、姿态控制精确,因此,老一辈推进人决定首先从冷气推进系统开始攻关。面对国外对空间技术采取严格的保密措施,技术问题很少披露的情况,老一辈推进人立即决定开始国内调研工作,先后走访了许多研究所和工厂,认真调研了我国航空、航天等工业有关专业的技术水平、国内先进的试验设备和加工能力,较好地完成了冷喷气推进系统的方案设计。在初样研制阶段和历次正样研制阶段中,为了确保产品质量,要做次数繁多的例行试验、环境试验和寿命试验。这些试验大都逾万次,甚至几十万上百万次,时间持续很长。为了完成这些试验,同志们经常和七八个单位进行协作。试验期间,他们每天都要搬运大量的氮气瓶。没有搬运工,就自己扛,有时一人要一口气扛十几个氮气瓶。上百斤的气瓶压肿了肩,谁也没有怨言。进行低温试验时,他们身穿棉衣棉裤一头钻进零下40度的冷库中安装试验件。从冷库中出来,个个冻得瑟瑟发抖,但同志们相视一笑,也就过去了。进行寿命试验时,值夜班的同志尤为辛苦,饿了,啃几口干烧饼;困了,轮换着躺在凉板凳上打个盹。1976年,唐山大地震波及北京,当时正值冷喷气推进系统在整星状态下性能测试。同志们不顾家中老人孩子露天夜宿的困难条件,在震后第二天,便冒着余震的危险,头戴安全帽,进入卫星总装厂进行测试。

19757月,冷气推进系统首次应用于我国技术试验卫星,这是我国第一个使用推进系统的卫星,是卫星推进系统应用的重大突破。老一辈推进人通过自己的努力克服重重困难,不但为后辈留下了技术上的遗产,更重要的是留下了艰苦奋斗、勇于探索、不畏困难的推进精神!

此后推进人又向单组元推进系统的研制发起了进攻。单组元推进系统的比冲远高于冷气系统,且系统的可靠性高、寿命长、成本低,较冷气推进系统有着明显的优势。随着19819月实践二号卫星的成功发射,推进系统部成功将国内首个推进系统正式在轨应用,单组元推进系统也逐渐成为了目前我国应用最多的卫星推进系统。

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东三推进系统压力传感器标定

1994年设计寿命8年的东方红三号卫星成功发射,标志着我国卫星推进技术又一次实现了巨大飞跃,国内首个双组元推进系统得到了正式应用。该推进系统的成功应用标志着我国卫星推进系统的研制能力达到了国际先进水平,此后双组元推进系统以高性能优势在我国卫星领域得到了广泛应用。

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世界水平的东方红三号卫星贮箱

时光飞逝,随着我国航天事业的飞速发展,研究所不再拘泥于传统推进系统的固有模式,而是勇于尝试多种新型推进方法,探索新的道路。

201210月,由研究所抓总研制的电推进系统首次在实践九号A星上进行了飞行验证,这颗卫星同时搭载了离子电推进和霍尔电推进两套推进系统,在国外也是没有先例的,具有里程碑意义。

尽管这次飞行论证取得了圆满成功,但是我们要做更先进的、可以跟国际上比肩的电推进系统,不但要追赶国际的脚步而且要超越他们。

经过一系列的调研和讨论,新一辈推进人最终把目标定在国际上最先进的磁聚焦霍尔电推进上,开展了HEP-100MF束聚焦型霍尔电推进工程样机研制。

就像爱迪生发明电灯一样,新技术的产生总是伴随着无数次的失败。

磁聚焦霍尔推力器有着高电压、高功率的特点,容易产生电磁干扰,经常会烧毁器件,这就意味着大家要换一个方法重新来过。在烧毁了无数次器件、经历了无数次分析原因、解决问题、修改器件、再次试验的重复循环后,终于解决了高压绝缘、电磁兼容的问题,完成了原理样机的研制。

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霍尔推力器测试准备

紧接着就要进行点火试验。进行点火试验的这段经历令很多人永生难忘,为了在规定时间内完成试验,任务非常紧迫。每进行一次点火试验大约要5-7天时间,在这段珍贵的时间里,试验人员早8点开始,一直进行到凌晨12点,中间会遇到多种多样的问题,在凌晨结束后,还会进行开会讨论,将试验过程中的问题汇总商讨解决,往往回去休息的时候已经凌晨两点了,第二天一早还要继续工作。

就是这样的高强度工作,团队里没有一个人抱怨,也没有人觉得这是在占用私人时间的加班,因为每一个人心里都在向往着从推力器中绽放出来的那簇淡蓝色火花,向往着那片在黑暗中的燃烧着的光明。就在这样的坚持和信念支持下,HEP-100MF束聚焦型霍尔电推进原理样机的点火演示验证圆满完成。

到了201611月,实践十七号终于成功发射。1.5kW级磁聚焦霍尔电推进系统的在轨点火试验全世界还没有任何一个国家完成过,研究所推进人无疑又是第一个吃螃蟹的人。1.5kW级磁聚焦霍尔电推力器在轨试验验证非常成功,标志着我国具备了自主研制第二代更高性能霍尔电推进系统的能力,将为我国后续新型卫星平台提供更高性能的电推进系统,大幅提升了我国卫星总体技术的竞争力。

在这段时间里,研究所也同时完成了探月工程三期再入返回飞行试验器再入返回、世界上第二个无毒推进系统在轨验证等多项技术突破。

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推进系统部传帮带

去走一条别人从未走过的道路无疑是非常艰难的,但推进人却从未缺乏过勇气和信心,真是凭着这股勇气和信心,从无到有,攻坚克难,实现了空间推进技术的大跨越。





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