運載火箭的穩(wěn)定飛行和精準入軌是每一個航天任務(wù)成功的關(guān)鍵，這背后離不開一群默默奉獻、勇于創(chuàng)新的“幕后英雄”——中國航天科工三院33所的伺服團隊。
伺服系統(tǒng)是火箭姿態(tài)控制的核心部件，它相當于火箭的“神經(jīng)中樞”，負責接收指令、處理數(shù)據(jù)并驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，確保火箭按照預(yù)定的軌跡飛行。
33所伺服團隊，就是這個“神經(jīng)中樞”的打造者和守護者。他們研發(fā)的電動伺服系統(tǒng)，不僅能夠精準地執(zhí)行系統(tǒng)給定的動作指令，誤差僅為千分之五，由院士專家等組成的成果鑒定委員會認為其技術(shù)已達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平，而且具備高動態(tài)響應(yīng)特性，指令與執(zhí)行幾乎同步，確保運載火箭在飛行過程中的姿態(tài)穩(wěn)定性和精準入軌能力。
在技術(shù)創(chuàng)新路上不斷前行
朱雀二號作為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，其背后的大功率電動推力矢量伺服系統(tǒng)，正是出自33所伺服團隊之手。
面對復(fù)雜惡劣環(huán)境和高壓大功率的箭載應(yīng)用需求，電動伺服系統(tǒng)在很多方面都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。航天科工三院33所伺服團隊負責人王貫介紹，商業(yè)航天運載火箭發(fā)動機輸出推力大，動態(tài)響應(yīng)快，要求伺服系統(tǒng)輸出功率大；發(fā)動機噴管結(jié)構(gòu)慣量大，搖擺運動速度快，要求伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度與承載性強、抗擾穩(wěn)定能力強；惡劣環(huán)境下火箭要輸送載荷精準入軌，要求伺服系統(tǒng)的控制精度高。
“要同時具備以上性能，才能實現(xiàn)電動伺服與發(fā)動機噴管性能的高度匹配，產(chǎn)品研制難度極大。”王貫表示。
為啃下這塊難啃的硬骨頭，他們集合了部門內(nèi)優(yōu)秀的骨干力量，成立技術(shù)攻關(guān)小組，通過多輪技術(shù)迭代和方案優(yōu)化，不斷試驗與試錯，突破一個又一個關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，形成了大功率伺服設(shè)計基礎(chǔ)理論體系與實現(xiàn)方法。
值得一提的是，伺服系統(tǒng)還融入了智能化技術(shù)，如自主狀態(tài)監(jiān)測與診斷、參數(shù)自識別與自整定等。系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測各功能組件的運行狀態(tài)，從而能夠在極短時間內(nèi)做出調(diào)整與補償措施。這極大提升了系統(tǒng)的可靠性，并具備快速響應(yīng)和精準控制的能力。
“得益于我國商業(yè)航天浪潮的重大需求牽引，我們真正意義上做到了在運載火箭領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大功率電動替代液壓，顯著降低成本的同時也提升了系統(tǒng)可靠性，可以說一箭雙雕，意義重大。”王貫表示，未來團隊準備在電動伺服系統(tǒng)容錯性和余度設(shè)計方面下足功夫，進一步提升系統(tǒng)可靠性。
技術(shù)負責人黃博士經(jīng)常掛在嘴邊的一句話是：“核心技術(shù)是買不來、討不來的，要靠我們自主創(chuàng)新來實現(xiàn)。”在團隊里，知識共享、思路共商、思維碰撞，不同的視角擦出不一樣的火花，成員們在寬松的創(chuàng)新環(huán)境里，不斷強化自主思考能力和創(chuàng)新精神。也正是這份堅持與信念，讓團隊在技術(shù)創(chuàng)新之路上不斷前行。
3個月提升3倍能力
創(chuàng)新之路注定崎嶇。一次任務(wù)中，用戶要求團隊在三個月的時間里，把產(chǎn)品功率提高三倍，這聽起來無疑是“天方夜譚”。
“我們面臨的是前所未有的挑戰(zhàn),壓力很大,在箭載艙體有限空間與復(fù)雜力熱環(huán)境約束下，3個月的時間內(nèi)我們要將10千瓦電動伺服產(chǎn)品功率提升至30千瓦，而且母線電壓要從270伏提升至400伏，這說明傳統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)不再適用了，我們必須重新考慮高壓供電下系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計與環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計問題。”王貫說。
實驗室里，技術(shù)方案一遍一遍修改，產(chǎn)品狀態(tài)一輪一輪迭代。為全力推動伺服專業(yè)大功率、智能化發(fā)展，團隊成員們給伺服系統(tǒng)中的每一個部件都建立了精準數(shù)學模型，運用仿真平臺詳細分析，一步一步挖出薄弱點，一點一點改進方案。
為驗證伺服系統(tǒng)在高溫環(huán)境下的性能表現(xiàn)，團隊曾遠赴湖州大山深處進行實物試驗驗證。上百次的試車下來，沉重的尾噴管在精干的伺服系統(tǒng)牽引下自由靈動地搖擺。這一幕讓不少團隊成員激動不已。因為他們知道，所有的努力都沒有白費，伺服系統(tǒng)已經(jīng)準備好了迎接更加艱巨的任務(wù)挑戰(zhàn)。
技術(shù)難題解決之后，團隊依然面臨著生產(chǎn)制造方面的難題，要在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下嚴控成本。因此，團隊成員在元器件選型、伺服電機和結(jié)構(gòu)加工制造等方面轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思想，另辟蹊徑，尋找低成本的解決方案。
“但是低成本并不意味著低可靠，低成本是精心設(shè)計出來的，我們只有通過不斷的試驗驗證，積累試驗數(shù)據(jù)并詳細分析處理，使得產(chǎn)品可靠性得以保證。”王貫感慨道，新的伺服產(chǎn)品正在不斷成熟，不僅身量小巧，還敏捷精準、堅強可靠，前進過程雖然磕磕絆絆，充滿艱辛，但付出終有回報。（文/鄧雨楠）
