運載火箭測試廠房工藝布局設計

王秀芝 黃小春 肖 冉

運載火箭測試廠房工藝布局設計

王秀芝 黃小春 肖 冉

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

針對運載火箭測試廠房承擔的任務，分析了廠房主要工藝技術(shù)指標和總體工藝布局方案?？紤]合理利用廠房空間和提高生產(chǎn)效率兩個因素，重點分析了前后端測試間和設備存儲間等基本功能間的工藝布局，并給出電源接口、氣源接口、等電位端子及地下電纜通道的技術(shù)指標、工藝布局方法和注意事項。

運載火箭；測試廠房；工藝布局

1 引言

運載火箭出廠測試是針對箭上電氣系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的大型綜合試驗，目的是驗證火箭各系統(tǒng)箭上及地面設備狀態(tài)和功能的正確性、系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)間接口的匹配性，以及測試軟件功能實現(xiàn)的正確性，是火箭出廠前的最后一道重大工序。出廠測試能否按既定周期圓滿完成，直接關(guān)系到發(fā)射任務的整體質(zhì)量和進度。隨著我國探月和空間站組建等空間工程的展開，運載任務逐年增多，火箭型號產(chǎn)品的出廠頻次越來越快，出廠測試任務也越來越繁重。

運載火箭的測試廠房主要承擔全箭出廠測試任務，一個合理設計的廠房可以切實提升測試工作效率，減少非必要工作時間，縮短測試周期，本文為新建或擴建測試廠房給出具體的技術(shù)指標和設計方案。

2 運載火箭測試廠房主要工藝技術(shù)指標

在通用航天器廠房設計要求基礎上，考慮運載火箭的測試工藝要求，測試廠房的工藝技術(shù)指標主要應考慮以下幾個方面[1]：

a. 環(huán)境技術(shù)指標：廠房應滿足溫度、濕度、噪聲、防靜電、防雷、防雨、防蟲和防鼠等要求[2]。

b. 基建要求：配備相應數(shù)量和噸位的吊車，地面滿足載荷和平整度要求。

c. 配電指標：測試系統(tǒng)用電為UPS 不間斷供電，用電容量和接口數(shù)量應覆蓋測試間和測試現(xiàn)場所有用電設備，包括測試間和測試現(xiàn)場各個系統(tǒng)配套的專用測試設備用電、配氣試驗臺、測試現(xiàn)場使用的可移動攝像頭以及語音終端，都應使用UPS電源，測試間內(nèi)專用測試設備的UPS電源一般設計主份和備份兩路，為對應的主份設備和備份設備供電。

d. 氣源指標：規(guī)定氣體種類（壓縮空氣、氮氣或者氦氣）、壓力范圍、供氣路數(shù)、流量、露點、含油量、顆粒物含量等技術(shù)指標。

e. 通信指揮和工業(yè)監(jiān)控設備部署：配備一套通信調(diào)度設備，按總指揮、分系統(tǒng)指揮和各系統(tǒng)號手分三級設計通信拓撲結(jié)構(gòu)，有通播、系統(tǒng)內(nèi)通信和點對點通信三種方式。該設備不連接內(nèi)網(wǎng)，不連接測試局域網(wǎng)，有單獨的控制終端工作站。

同時，布置一套工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，含攝像頭、屏幕、交換機及存儲器，在終端可進行畫面調(diào)節(jié)和視頻自動存儲，指揮人員在測試間通過相應的屏幕觀察相關(guān)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)，并使用通信終端對現(xiàn)場實時通信指揮。

f. 消防安全設備部署：為保證服務器和交換機運行的連續(xù)性和穩(wěn)定性，一般會在火箭型號產(chǎn)品的測試周期內(nèi)24h持續(xù)開機，所以在服務器機柜間配備自動感應式滅火系統(tǒng)。并安裝兩臺大功率空調(diào)，用于滿足設備工作溫濕度。測試區(qū)和測試間安裝單向逃逸門，確保人員在緊急情況下逃生。

廠房總體工藝設計應全面考慮，結(jié)合火箭總體結(jié)構(gòu)方案、箭體測試布局方法和綜合測試工藝流程，同時還要兼顧廠房功能的通用性、建筑設計要求等。

3 運載火箭測試廠房工藝布局總體設計

與發(fā)射場不同，參加運載火箭出廠測試的系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和總控網(wǎng)系統(tǒng)，不包含地面支持系統(tǒng)，衛(wèi)星系統(tǒng)僅參加電磁兼容試驗。測試的主要流程包括地面設備展開、單項測試、分系統(tǒng)測試、匹配測試和總檢查。在型號任務多、時間緊的形式下，總測廠房工藝布局設計應重點圍繞兩個因素考慮：優(yōu)化空間利用率和提高測試工作效率。

根據(jù)廠房的長度、寬度和高度，布置軌道、前后端測試間、設備存儲間和會議室等房間。一般情況下，測試間沿大廳一側(cè)或兩側(cè)布置，考慮工藝電纜的布置，前端設備可稍靠近芯級尾段。軌道間距應考慮箭體直徑、停放工裝、架梯及過道寬度。

3.1 測試間

在發(fā)射場，前端測試間都處于臍帶塔內(nèi)部，而后端測試間都在距離發(fā)射塔較遠的測試指揮大廳，前后端必然分開，而火箭總裝廠前后端都在測試廠房內(nèi)，測試間的設計也可以有兩種方式。

3.1.1 測試間的兩種布局方式

第一種布局方式：各系統(tǒng)的前端測試間與后端測試間分開。這種布局方式又可分為兩種。第1種是各系統(tǒng)的前端設備都放一起，稱前端測試間；所有系統(tǒng)后端設備都放在一起，稱為后端測試間，中間設置服務器機柜間，放置散熱多噪聲大的總控網(wǎng)交換機和服務器、測量系統(tǒng)服務器，如圖1所示。前后端測試設備通過總控網(wǎng)交換機進行通信和數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)成分散式通信形式。第2種方式是各系統(tǒng)的前后端設備分別在不同房間，很多前期建造的測試間就是采用這種模式。其優(yōu)點是房間功能明確，各系統(tǒng)工作不相互干擾，缺點是測試間數(shù)量多，總占地面積大，對于有限的廠房空間資源不太適宜。

圖1 測試間布局圖1

圖2 測試間布局圖2

第二種測試間工藝布局方式：所有前端設備與后端設備放在一起，大測試間內(nèi)設一間服務器機柜間布置交換機和服務器設備，如圖2所示。由于所有設備在同一個空間內(nèi)，首先極大方便前后端設備操作、指令傳達和試驗現(xiàn)象的觀察；其次，在出現(xiàn)測試故障時，能有效降低故障排除困難程度，減少排故時間；第三，在多系統(tǒng)參加測試項目，如系統(tǒng)間匹配測試和總檢查中，各系統(tǒng)指揮員可以面對面指揮協(xié)同，減少無效溝通，提高工作效率。該布局方式的缺點是：房間內(nèi)散熱設備較多，應配備空調(diào)調(diào)節(jié)溫濕度；另外，在布置測試間地下電纜時，由于系統(tǒng)多，應該充分考慮環(huán)境電磁兼容，避免信號干擾。

3.1.2 測試間技術(shù)指標

測試間用于布置專用測試設備，根據(jù)設備的布置考慮其長寬，一般寬度不低于8m，地面使用防靜電地板和防回音墻壁，測試間的地下懸空0.4m左右高度，使用線槽在地下布置工藝電纜和網(wǎng)線。

3.2 功能間工藝布局

a. 設備儲存間

測試設備間一般分為控制系統(tǒng)設備間、測量系統(tǒng)設備間、動力系統(tǒng)設備間和總控網(wǎng)設備間，用于存儲各系統(tǒng)備用設備及包裝箱、攝像裝置、語音調(diào)度終端及測試工裝等。設備存儲間的布局應充分考慮使用便捷性，在測試現(xiàn)場四周就近布局。在設備較多，空間不足時，可引入多層自動倉儲系統(tǒng)。

b. 協(xié)同辦公室

主要用于收發(fā)技術(shù)文件、簽署技術(shù)單據(jù)，加快現(xiàn)場不協(xié)調(diào)問題的處理，在出現(xiàn)故障時可以提供技術(shù)資料支持，縮短排故時間。

c. 現(xiàn)場會議室：主要進行任務安排和技術(shù)討論。一般與測試間臨近設置，墻體設置為透明玻璃，有利于會議快速組織，提高效率。

d. 飲水區(qū)：由于總裝測試現(xiàn)場的多余物要求[3]，不得帶水進入測試區(qū)，為解決參試人員的飲水問題，可考慮在飲水間放置不需要杯子就能喝到水的公共飲水臺，公共飲水臺出水口斜向上，可直接飲用，接水池下端為下水管路，從根本上避免喝水產(chǎn)生多余物的問題。

3.3 電路、氣路和接地端子的布局

綜合考慮運載火箭型號接口特點和兼容性，將測試的配電箱電、氣源接口和接地端子均勻布置到最近的使用地點，可以減少布設電纜管路工作量。

廠房的電路接口應根據(jù)電流、電壓、功率、容量和路數(shù)設置。應重點關(guān)注的是，一般各系統(tǒng)配電的電源設備是以接電端子的形式直接連接到配電箱中，還是使用通用插座的形式連接；測試間及測試廠房四周墻壁設置常用的220V/10A和220V/16A等電源接口。

氣源管路接口一般沿廠房四周布置，每處均配有各種氣源接口，明顯標識出每種氣源的種類和壓力。管路出口附近應無其他廠房結(jié)構(gòu)物，避免連接時產(chǎn)生干涉。

等電位接地端子一般沿廠房內(nèi)壁下沿均勻分布，同時應在地面每組軌道的中部設一定接地端子，供箭體接地線的就近連接。

為了在測試區(qū)現(xiàn)場中央也能就近使用電、氣、地這三類接口，可在測試廠房軌道之間均勻建立6至10個可升降地井裝置，該裝置帶有常用配電接口、氣源接口和接地端子，在不使用時降至與地面平齊，升起后可直接連接使用。應注意可升降地井接口形式應與用電器、配氣管路和接地端子的接口一致，使用統(tǒng)一標準，避免轉(zhuǎn)接。升降地井的強電電纜在布設時不允許工藝電纜通道并行鋪設，避免電磁干擾。

3.4 地下電纜通道

地下電纜通道是布置從測試間到測試現(xiàn)場工藝電纜的專用通道，設計指標主要應考慮電纜使用環(huán)境和方便人員操作。主要技術(shù)指標有如下幾個方面：

a. 地下電纜通道寬度在1.5m左右，高度2m左右，整個電纜通道應布滿測試現(xiàn)場，并與測試間地下空間相通。

b. 均勻設置電纜出口，應盡量靠近火箭產(chǎn)品的尾段和箱間段等需要連接工藝電纜的地點。

c. 電纜通道內(nèi)設電纜支撐排架、電纜出口設固定架，同時安裝通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和照明裝置，進行溫濕度和氧含量監(jiān)控。

d. 任何建筑用強電電纜不應在電纜通道內(nèi)布設，避免電磁干擾。

4 結(jié)束語

運載火箭測試廠房承擔火箭出廠前測試這一重要工序，面對時間緊任務重的嚴峻形式，應優(yōu)化設計廠房工藝布局，充分提高空間利用率和降低時間成本。本文給出了工藝設計指標和空間布局的具體注意事項，分析對比了不同的工藝布局方式，供運載火箭總裝廠和發(fā)射場測試廠房設計人員參考。

1 GJB 2581—1996，戰(zhàn)略導彈與運載火箭裝配測試廠房設計規(guī)范[S]

2 GJB 1696—1993，航天系統(tǒng)地面設施電磁兼容性和接地要求[S]

3 HB 7128—1994，多余物控制要求[S]

Process Layout Design of Launch Vehicle Test Building

Wang Xiuzhi Huang Xiaochun Xiao Ran

(Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co., Ltd., Tianjin 300462)

Focus on the task of launch vehicle test building, this paper analyses the main process technical indicators and general layout plan of launch vehicles test building. Considering that space should be used reasonably and the test efficiency should be increased as much as possible, it analyses the basic function room, including test room and equipment storage. Finally, the process technical indicators, layout method and precautions of power interface, air source interface, ground terminal and under ground cable channel are given at the same time.

launch vehicle；test building；process layout

王秀芝（1988），碩士，導航制導與控制專業(yè)；研究方向：運載火箭總體測試。

2020-08-03