把穩(wěn)天龍二號“方向盤”

航天科工大功率電動伺服系統(tǒng)助力天龍二號遙一運(yùn)載火箭成功首飛

□ 張 航 本報(bào)記者 徐建華

4月2日16時(shí)48分，天龍二號遙一運(yùn)載火箭在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛，將搭載的愛太空科學(xué)號衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。天龍二號遙一運(yùn)載火箭是北京天兵科技有限公司研制的一款中型液體火箭，采用液氧和煤基航天煤油推進(jìn)劑。首飛成功標(biāo)志著其成為我國商業(yè)航天首款入軌飛行的液體運(yùn)載火箭。

正如車輛抵達(dá)目的地離不開方向盤一樣，火箭精準(zhǔn)抵達(dá)預(yù)定軌道，探索浩瀚宇宙，同樣離不開“方向盤”的指引。此次任務(wù)中，中國航天科工三院33所（以下簡稱33所）研制的大功率電動推力矢量伺服系統(tǒng)，正是讓火箭發(fā)動機(jī)輕松、快速、精準(zhǔn)搖擺的可靠“方向盤”。

據(jù)悉，伺服系統(tǒng)作為調(diào)整火箭姿態(tài)的核心部件，布置在火箭發(fā)動機(jī)艙，負(fù)責(zé)通過接收控制指令，推拉火箭發(fā)動機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)角度變化，實(shí)現(xiàn)對火箭姿態(tài)的精準(zhǔn)操控，達(dá)到控制火箭穩(wěn)定飛行的目的，其可靠性與性能直接關(guān)系到火箭能否精準(zhǔn)將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

33所專家表示，商業(yè)運(yùn)載火箭對伺服系統(tǒng)的低成本與高性能有著嚴(yán)苛的要求，電動伺服系統(tǒng)在顯著提高系統(tǒng)的功率重量比，降低設(shè)備體積與重量的同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)性、操作性、測試性和維護(hù)性、環(huán)境適應(yīng)性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，對提高火箭的運(yùn)載載荷與快速發(fā)射能力意義重大，是商業(yè)航天發(fā)展中的一次重要嘗試。

但是，面對復(fù)雜環(huán)境高壓大功率的箭載應(yīng)用需求，電動伺服系統(tǒng)在大功率輸出、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、控制精度與穩(wěn)定性等方面面臨極大的挑戰(zhàn)。首先，商業(yè)航天火箭液體發(fā)動機(jī)推力大，動態(tài)響應(yīng)快，要求伺服系統(tǒng)輸出功率大；其次，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)慣量大，搖擺運(yùn)動速度快，要求伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度與承載性強(qiáng)、抗擾穩(wěn)定能力強(qiáng)；此外，惡劣環(huán)境下火箭要輸送載荷精準(zhǔn)入軌，要求伺服機(jī)構(gòu)的控制精度高。要同時(shí)具備以上性能，實(shí)現(xiàn)電動伺服與發(fā)動機(jī)噴管性能的高度匹配，產(chǎn)品研制難度極大。

在產(chǎn)品研制過程中，33所研制團(tuán)隊(duì)先后突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，形成了大功率伺服設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論體系與設(shè)計(jì)方法，研制了系列的核心產(chǎn)品，為北京天兵科技有限公司天龍二號火箭配套了30kw一級、12kw二級推力矢量電動伺服系統(tǒng)，分別推動一級63噸推力火箭發(fā)動機(jī)和二級30噸推力火箭發(fā)動機(jī)。

在本次任務(wù)中，伺服系統(tǒng)全程精準(zhǔn)執(zhí)行控制指令，產(chǎn)品呈現(xiàn)了又“精”又“強(qiáng)”又“穩(wěn)”的優(yōu)越特性，為天龍二號遙一火箭發(fā)射成功提供了核心支撐。

目前，33所憑借較強(qiáng)的自主研發(fā)能力，在大功率高動態(tài)伺服系統(tǒng)技術(shù)方面已處于國內(nèi)第一梯隊(duì)。天龍二號任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著我國大功率電動伺服系統(tǒng)研制水平邁上了一個(gè)新臺階，為商業(yè)航天的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

《中國質(zhì)量報(bào)》