長征二號丙運載火箭應急更換—子級重新組織發射的實踐與探討

陳昌旭，惠興晨，王鞠林，劉 焱，周玉寧

（1.中國運載火箭技術研究院，北京，100076；2.首都航天機械有限公司，北京，100076）

0 引言

2021年9月13日，CZ-2C Y41火箭在發射中心射前15 min視頻監視時被發現一子級氧安溢活門出口處有四氧化二氮氣體/液體溢出，存在發射安全性風險，領導小組決定終止發射。

Y41火箭一子級產品在經過現場推進劑泄出、置換、分解、進箱排故處理后，已不具備在現場恢復狀態并繼續執行發射任務的條件。通過全面分析，決定使用在北京已完成總裝的CZ-2C Y53火箭一子級進行故障一子級整體更換并重啟發射。型號面臨著一系列的技術分析與產品處理，產品狀態一致性、測試覆蓋性保障、關鍵環節協調與評審確認工作。一個月內圓滿完成一子級的更換與發射，在中國航天史上為首次，是高密度發射形勢下應急處置、快速發射工作新模式。

1 超常規工作的任務形式

針對Y41 火箭一子級氧安溢活門燃料溢出問題，任務指揮部決定暫停發射任務，進行全面的故障定位排查。在巨大的思想壓力與工作壓力下，團隊在5天時間內晝夜不停，經歷了故障應急處置方案分析與制定、塔上搶險→推進劑泄出→產品下塔→殘余推進劑置換→進箱產品處置等一系列的逆流程關鍵操作，加之2個月的時間內已在2個基地連續執行了3發任務，核心團隊工作負荷已經超限。同時，故障一子級已無法在發射場恢復使用，生產線上沒有狀態一致并完成總裝的整箭產品可直接調換承擔任務，如何在最短時間內再次組織完成發射，是完成故障定位后面臨的直接難題。

團隊快速返京重新組織一發火箭總裝測試，按部就班完成發射任務是最穩妥的決策。但穩妥的決策將使衛星面臨加注后長時間停放的巨大風險，也必將使年度高密度發射計劃面臨更加重大的調整。為了滿足快速重啟發射的工作要求，制定了利用已有產品基礎，僅進行一子級更換的實施方案，克服面臨的各方面難題，以最少的資源代價、最快的響應周期，重啟并圓滿完成了衛星發射任務。

2 火箭一子級可更換性

確保同型號兩發執行不同任務的一子級產品的可更換性是工作開展的前提。使用已完成總裝工作的一子級進場替換原一子級參加飛行任務，沒有可參照先例，確保已完成總裝的一子級與發射場故障一子級的可互換性是一項系統性命題。為此團隊組織了全面分析復查，對需要考慮的各方面要素進行了研究確認，確保決策方案無遺漏、可執行，避免出現重大反復。

2.1 基礎性研究工作

已開展的基礎性研究工作，為一子級更換的可行性提供了有力支撐，保證了任務不受其他邊界條件的影響。

a）同類型液體飛行器推進劑加注長期停放的性能實踐研究，為已泄出二子級在發射場參加第二階段發射任務的可行性提供了技術支撐。

b）基礎級和上面級的分離彈簧均已開展壓縮后長期存放的試驗，可以保證1年內處于壓縮狀態而不影響后續功能。

c）本次執行任務的上面級首次使用鋰電池供電，避免因銀鋅電池無法長期貯存而需開罩下箭的問題。

2.2 技術可行性確認

經過機械和電氣接口一致性確認、測試覆蓋性對比分析，一子級更換具有技術可行性。

a）經過設計技術狀態復查確認，兩發任務的一子級結構設計狀態、電氣系統設計狀態一致，并沒有因發射任務不同而進行差異性設計更改。

b）由于新一子級與在場二子級未在總裝過程連接過，為確保工作一次到位，總體和控制系統針對接口項目，開展全面復查與數據復核，確認結構產品包絡數據支撐一二級現場連接、電氣接口的連接器規格一致、相互插接的匹配性良好。

c）兩發不同一子級的火箭常規出廠測試項目狀態基本一致，慣組冗余、箭機冗余以及飛行軟件等關鍵測試狀態相同。在新一子級進場后，補充一子級火工品通路導通絕緣測試，并充分進行分系統測試考核，即可覆蓋一子級出廠狀態。

實踐證明，CZ-2C型號一子級產品，在沒有針對任務需求或研制優化的特殊性更改情況下，具有較好的可互換性，為此次更換一子級工作奠定了產品基礎。

3 火箭二子級再次加注質量可靠性

對于兩級常規液體火箭，二子級是確保發射載荷準確入軌的關鍵。CZ-2C火箭二子級（含儀器艙）上集中了全箭的核心電氣系統、二級主發動機及游機、增壓輸送管路閥門產品，任務使命是將衛星和上面級組合體送入上面級交班軌道。二子級在經歷推進劑泄出后停放，再次加注執行發射任務，確保產品質量可靠性是圓滿完成發射任務的關鍵。

3.1 技術可行性確認

2021年以來研制部門針對“重大任務保成功”的需要，開展的常規推進劑加注后停放1個月適應性研究，給二子級推進劑泄出后的再次使用處理提供了有力的理論支撐。按研究形成的成果，對二子級泄出后停放的新狀態進行了技術可行性確認，為深入開展具體工作奠定了基礎。

3.2 履歷復查及數據復核

在基礎性研究理論的支撐下，對Y41火箭箭體結構、增壓輸送系統、箱內傳感器及其密封件和緊固件、發動機系統的產品履歷、滿足泄出后貯存、需再次加注的情況進行了全面復查與數據復核。結果表明均滿足加注貯存3個月的要求。

同時，針對上面級產品前期已進入發射程序、預計超兩個月的加注貯存期，且在一、二級泄出過程接觸推進劑氣體的具體情況，進行了重啟發射可行性分析，確認滿足同年11月份發射的貯存要求，且不需進行開罩產品更換，規避了星罩對接操作逆流程。

4 火箭全箭重新組裝對接、補充全箭測試

按常規模式，全箭需完成多輪不同狀態的總裝廠測試。新一子級與二子級之前未對接，與全箭系統相關的測試均未開展。因此，需要在發射場補充分系統及全箭狀態測試，確保全箭的測試覆蓋性。

4.1 靈活設計測試流程

火箭產品更換一子級后再次重啟發射流程，須嚴格滿足質量要求。涉及火箭出廠測試、技術陣地狀態恢復、發射陣地測試等一系列工作［1］。考慮到任務周期、發射場設備設施條件的具體限制，制定了全新流程。

按照新一子級技術陣地恢復→導通絕緣測試→火箭二次轉場→發射塔機械及電氣接口對接→分系統測試→總檢查測試→與發射場履行箭體交接程序→啟動發射陣地流程執行，確保了對接、測試等關鍵流程全面有效覆蓋。

4.2 測試考核重點

核心團隊為保證測試覆蓋性，以有限條件、有限周期為約束，對測試流程設計有了全新的認識與實踐。在發射塔架上，重點補充考核控制分系統、總檢查Ⅱ狀態測試項目，既滿足了全箭的測試覆蓋性要求，又為重啟發射工作縮短了周期。通過全新流程設計與控制，使更換一子級后重啟發射的關鍵過程、關鍵產品狀態得到充分考核。

5 全過程風險控制把關

本次更換一子級并重啟發射任務，不僅包括全新的技術狀態確認流程、工作實施流程，更重要的是質量控制流程與風險審查，必須根據新形勢、新情況，按照新要求、新程序，實施有效控制，落實到位［2］。

調用的新一子級，源于待發射計劃明確后總測出廠的Y53火箭，原任務性質為商業發射，其生產過程未納入用戶監管。因此，將新一子級執行發射任務，必須履行用戶監管流程，且一二級組合成的新火箭的質量管理流程也需確認。這需要各方快速達成共識，確保程序有效、質量控制有效。經各方快速協同，按三個階段完成了質量控制流程。

第一階段，完成單機產品驗收，即對新一子級所有產品及將更換的二子級電池和整流罩橫向分離火工品進行質量確認，由用戶代表審查。第二階段，結合發射場補充測試，再次執行全箭出廠測試審查程序，即對更換一子級后的Y41火箭在總裝廠測試未覆蓋的測試項目進行聯合檢查驗收。第三階段，前兩階段完成后，集團公司、用戶、發射場三方聯合，重新組織完成新產品、新狀態下的Y41火箭的出廠評審，形成完整的質量管理鏈條。

在各方充分理解和支持下，常規需要1個月時間完成的質量控制組織工作，結合實際情況在不到半個月時間內完成了全面閉環。充分體現了在應急模式下各方快速協同工作扎實有效，也為類似應急模式下快速響應積累了可借鑒經驗。

6 重新組織火箭發射的啟示

本次CZ-2C火箭發射場應急處置更換一子級，重新啟動發射并獲得圓滿成功，是在高密度發射、多任務并行的常態化工作形勢下，踐行集團公司“三高”發展要求，作出的有益探索和實踐，主要啟示如下：

a）技術閉環是前提。

基礎性研究應始終重視。“加注后停放一個月”的命題是CZ-2C型號在2021年7月執行某重大工程任務期間開展的研究，當時并沒有應用場景，但對本次發射任務的重啟卻起到了決定性的作用。基礎性研究工作要始終重視并持續開展，也要注重結合任務形勢與發展需要抓出實效。

產品“三化”工作須持續推進。“三化”工作是指標準化、規范化、信息化，“三化”工作實施了近20年的時間，其要求的執行與成果的應用，為長征系列火箭持續10 多年的高密度發射任務順利執行提供了有力保障。此次兩發不同任務屬性的一子級可應急更換，正是由于在高密度發射形勢的實踐中，有意識、有目標地按照“三化”要求，在設計上基本實現了火箭一子級模塊的狀態一致性［3］。

測試覆蓋性要強化結果導向。本次任務的關鍵是在發射塔架上，通過對關鍵系統狀態進行加嚴測試考核，選擇最適合的總檢查項目獲取測試數據，通過對測試數據的包絡性、全面性檢查，覆蓋了出廠總裝測試考核狀態，這是對測試覆蓋性一次全新的實踐與認識。測試覆蓋性命題常論常新，須針對具體情況不斷地研究積累，才能持續提高測試覆蓋性的水平與效率。

b）管理閉環是保障。

流程優化宜因地制宜。在搶險排故、一子級更換、重啟發射的整個過程中，面臨各種未預見的困難，但團隊始終咬定目標，嚴謹全面地研究、策劃工作，務實高效地創新流程、組織實施。首先在整個過程中保障人員安全、產品安全底線不放松，其次嚴格遵循質量管理控制程序要求不降標，最后根據實際情況，與各方充分溝通、大力協同，高效、高質地完成了全新模式的發射工作。

產品管理須關注一致性。一子級產品得以順利更換，基礎是“三化”工作的有效實施。首先，在橫向上通過設計狀態控制，使型號一子級在執行同類型宇航發射任務中產品狀態達到基本一致。其次，在縱向方面，生產過程的工藝方案、方法、檢測控制手段通過總裝精細化控制流程的實施與全面推廣，達到了基本一致。

質量管理要不斷精細化。在整個任務執行過程中，質量控制貫穿每一個環節，體現了精細化管理的本質。首先，針對一子級是否可以更換、二子級是否可以泄出后再用，進行全面的適應性分析，確定了可行條件下的質量控制關鍵環節。其次，針對實施過程，制定了一系列的產品準則與方案，包括二子級箭體的質量檢查項目及標準、新一子級再進場的質量復查與控制準則、塔架狀態下新一二級組合開展補充出廠測試方案及細則等，對過程進行有效控制。最后，按照與用戶、發射場協商的新模式，嚴格履行了質量確認與評審把關程序，確保了工作結果的有效性。

7 結束語

一個半月的時間，從故障搶險排除故障到一子級更換、重啟發射程序，整個過程未發生任何質量問題和技術安全事故。型號隊伍面對壓力與困境，主動擔當、穩扎穩打，最終圓滿完成了發射任務，也為中國航天發射應急處置探索驗證了新模式、新流程及新的質量管控機制。