火箭部段總裝對接應用自研設備實現數字化

王沛琳 陳世奎 孫明偉

摘要 本文基于數字化背景下，針對火箭總賬的對接應用設備進行研究，在論述中文章首先針對目前我國在火箭部段總裝對接工作上所取得一些成就進行探討，最后就如何通過數字化手段實現火箭部段總裝的對接，提升火箭的安全性能提出了一些自己的思考和見解，為推動我國運載火箭的發展提供一定的幫助。

【關鍵詞】火箭裝置 部段總裝 自研設備 數字化

1 基本現狀

現如今，隨著我國的改革開放，與外交流也頻繁起來，我國也接受了很多國外先進的科學關鍵，再加上國家在科技領域上投入的資金越來越多，所以我國的科技實力也己肉眼可見的速度增長著。但是由于我國對火箭的研究，起步較晚，所以在很多地方都趕不上發達國家。可是我國從來沒有放棄，一直努力鉆研，趕超跨越，日前中國航天科技集團公司所屬天津航天長征火箭制造有限公司，攻克了大型運載火箭數字化總裝對接技術這一難題，實現了運載火箭部段總裝對接從“手動模式”向“數字化模式”的跨越。

“十、九、八……，點火！起飛！”每一架火箭的升起，都伴隨著熟悉的倒數聲，我國目前對于運載火箭的大部段總裝對接工作，依舊沿用傳統的“目視、人喊、手工推”這三步。但是通過人用肉眼觀察調整度，本來就存在一定的誤差，其次在聲音進行傳遞的過程中還會有幾秒鐘的誤差，最后多人進行一起調整，共同進行手工推動對接，這樣一來所以難免會有誤差，我們對此也應該進行適當改進。

長征五號系列火箭芯級直徑由現役火箭的3.35米增加到5米，最大燃料貯箱長度由現役火箭的10米增大到20米，質量重達5噸。直徑和質量的增大直接導致火箭裝配難度的增加。直徑增加使得產品高度增加，通過目測方法難以準確判斷調整量;多人操作使得人為差異較大，實現同步非常困難;質量增加導致手動調整環節強度增加。

現在來看，數字化總裝對接技術是國內外都進行大力研究，并急于熟練應用的一項技術。數字化總裝對接技術是基于對接裝配工藝所形成的新技術，由計算機、數字化、自動化控制等多個高新科技技術綜合而成，現在像以美國為首的一些發達國家已經實現了在火箭裝配中的工程應用。我國的沈陽、成都等地的飛機制造廠也對此技術進行了投入建設。

2 我國火箭部段總裝對接應用的數字化實現路徑

2.1 建設目標與核心思想

數字化運載火箭體系建設的目標包括以下幾個方面：

（1）構建以數字樣機貫穿全生命周期的一體化運載火箭，創新研制模式轉變，打造基于數字化技術的運載火箭研制流程與模式;

（2）瞄準未來運載火箭核心能力需求，配套建設數字化設計、仿真、試驗與制造平臺;

（3）實現背景型號預先研究的小回路多學科閉環設計和原理樣機的驗證能力，提升低成本、高可靠、快響應、多用途運載火箭的研制水平;

（4）對運載火箭的數字化建設，實現一個系統化的設計，將各單元綜合起來，實現單元的最優利用率，爭取讓運載火箭整個流程都可以是數字化的研制與管理;

（5）運載火箭對未來的目標就是：1進行設計的時候，可以快速優化;2可以進行仿真實驗;3.在進行試驗的時候，團隊嚴格且高效，盡量減少失誤;4.可以大批量的生產，實現短時間內制造出最多的優質品;5.對整個流程除了單獨管理以外，還要進行綜合性管理，將所有的項目都控制在一個大框架里。6.爭取實現數字化運載火箭體系建設。

2.2 我國火箭部段總裝對接數字化實現的路徑

研制業務模型、產品行為模型和產品工程模型這三部分，構成了數字化運載火箭的主要框架體系。本文以此為基點，通過對運載火箭不同層次，不同角度的研制活動，進行了其開展方式的綜合探討。運載火箭的整體研制是非常繁瑣復雜的，并不是說可以由哪一個部門或者科研小組就可以單獨完成的，研制流程是由所有的業務板塊綜合形成的，但是雖然綜合卻又形成單獨的個體，由于每一個版塊都代表著運載火箭的不同內容，所以每一個業務模塊中，又單獨定義著該模塊的工作內容、輸入輸出要求、執行部門、所需遵從的標準規范等信息。

在進行一個系統設計的時候，除了做出設計方案以外，最重要的就是產品行為模型的構建，也可以說，想要體現一個人的專業能力，就看他的產品行為模型做的是否符合設計方案，且是否和運載火箭的理念相契合。并且，如果想要完成能力單元的構建，就要采用先進的數字化技術和手段，這就必然要求采用行為建模的方式，所以說產品行為模型也是完成各類業務模塊的能力單元的集合。

產品行為模型（即能力單元）受研制業務流程驅動，可以生成各類產品工程模型。通過在研制業務模型中對研制業務流程進行分析，針對研制過程中的瓶頸和重點業務節點，梳理業務節點輸入輸出格式，分析現有的業務執行工作流程，引入數字化技術，優化設計過程，建立數字化設計能力單元，減少設計師的重復勞動，實現快速、高質量設計。

3 結束語

綜上所述，我國目前已經完成用于首飛的長征五號運載火箭一級氫箱、一級箱間段和一級氧箱的數字化總裝對接工作，這標志著我國實現了運載火箭部段總裝對接從“手動模式”向“數字化模式”的跨越，大型運載火箭數字化總裝對接技術這一難題的攻克，并且此次對接是天津火箭公司自主研制的數字化總裝對接裝備首次應用于產品正式總裝，也大大縮短了我國和發達國家的航宇公司之間的差距，打破了我國傳統的運載火箭制造模式，使其“更上一層樓”。它最大程度地減少專用裝配、定位、檢驗等工具的使用，減少人工操作過程，全面提升運載火箭總裝過程中的測量精度、定位精度和對接精度，提升火箭總裝效率和自動化水平，為提升火箭產品裝配質量，為重型運載火箭技術積累奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]鄭立偉，秦瞳，何巍，龍樂豪，一次性運載火箭飛行失利量化分析研究[J].導彈與航天運載技術，2016 （02）.

[2]徐菁，龍樂豪，努力實現運載火箭技術的新跨越 專訪運載火箭技術專家龍樂豪院士[J].中國航天，2016 （05）

[3]任玉川，蔡虹曼，邵會兵，固體運載火箭捷聯慣導快速水平對準研究[J]，導航定位與授時，2014 （01）.

[4]凌國厚，褚洪杰，淺論數字化運載火箭體系構建[J]，航天工業管理，2016 （06）.

[5]牟宇，徐利杰，秦旭東，美國運載火箭失利對我國火箭研制的啟示[J]，航天工業管理，2016 （06）。

[6]劉竹生，載人運載火箭的研制原則[J]，載人航天，2003 （01）.