据中国空间技术研究院空间科学与深空探测首席科学家叶培建介绍,我国将于2020年发射“火星一号”探测器,开始中国真正意义上的第一次行星探测,挑战一次性完成火星探测“绕、落、巡”三个任务的壮举!


    当前计划显示,我国将在火星探测过程中实行“环绕器+着陆巡视器”联合探测的方式,即“火星一号”探测器(环绕器+着陆巡视器)进入太空后,将环绕火星预定轨道飞行观测,而后着陆巡视器与环绕器分离,环绕器继续执行观测任务,而着陆巡视器则降落至火星表面执行巡察任务。(着陆巡视器以下简称“着陆器”)

▲中国第一个火星探测器(着陆巡视器)外观设计构型图。国家航天局资料图片。


在此过程中,如何确保“火星一号”着陆器在火星表面实现安全着陆,便成了2020年中国火星探测任务成功与否的关键所在!为此,我国组织兴建了位于河北省张家口市怀来县的火星着陆综合试验场,而武船控股重装企业也积极参与了试验场的建设工作,并于2019年7月荣获中国航天科技控股有限企业第五研究院、北京空间机电研究所联合颁发的“火星着陆综合试验场建设突出贡献单位”!

 

▲武船控股重装企业荣获“火星着陆综合试验场建设突出贡献单位”

 

▲武船控股重装企业火星着陆综合试验场建设施工项目总指挥雷洪洲荣获“火星着陆综合试验场建设突出贡献个人”

 

 


中国火星探测的航天之路

 

    2011年,中国国家航天局与俄罗斯联邦航天局展开合作,发射了我国火星探测计划中的第一颗火星探测器“萤火一号”,同年11月9日,俄媒称,搭载“萤火一号”的“福布斯-土壤”探测器未能按计划变轨,导致我国火星探测计划暂时搁置。

 

    2016年1月11日,中国正式批复首次火星探测任务,中国火星探测任务正式立项。

 

    2019年10月11日,中国火星探测器首次公开亮相,暂命名为“火星一号”,并计划于2020年7月发射。

 


▲火星(图片来源于网络)

 

    据了解,迄今为止人类总共向火星发射了45个探测器,但成功的只有18个,成功率仅有40%。就目前在火星执行任务的8个探测器归属来看,美国在火星探测方面走在了前列。

    而此次,中国“火星一号”探测器若能在2021年圆满完成“绕、落、巡”三大任务,不仅是为中国共产党“建党一百周年”献礼,更意味着中国从航天大国向航天强国事业的发展,向前迈进了一大步!

 

综合试验场的建设之路

 

    2018年7月18日,武船控股重装企业正式签订火星着陆综合试验场建造合同,主要负责“火星一号”着陆器着陆试验过程中,“快随系统”的施工工作。重装企业党委高度重视,第一时间成立了项目部和项目临时党支部,并委派经验丰富的重装企业机电车间副主任雷洪洲担任此次火星着陆综合试验场建设施工单位总指挥。

    据雷洪洲介绍,“快随系统”是一套在着陆试验过程中紧紧跟随“火星一号”着陆器运动,并辅助其完成试验的重要装置。它主要由“随动盘”、钢丝绞车牵引设备和部分电气机械设备组成,可以在地球上模拟出类似火星(三分之一地心引力)的低重力环境,同时记录试验过程中“火星一号”着陆器的运动轨迹和相关数据。试验人员通过对该系统所收集到的试验数据进行有效分析,不断优化调整着陆器相关飞行参数,可最大程度上确保着陆器穿越火星大气软着陆后的万无一失。“随动盘”则是“快随系统”的核心组成部分,

    2018年9月,武船控股重装企业庙山基地内场,“快随系统”配套设备设施及零部件的制造、发运工作全面铺开。

    “为了确保着陆试验能够按计划期限顺利进行,武船控股重装企业项目部在武汉、怀来两地同时开工。一方面进行‘随动盘’的制造和发运工作;另一方面进行钢丝、绞车、导向轮组等配套电气设备、设施的制造和安装工作。”雷洪洲说道:“试验场址设立在丘陵环绕的腹地中心,那儿矗立着6个围成圆形的140米高钢结构塔架。我们的施工人员需要克服强烈的心理恐惧,借助建筑吊篮上升至百米甚至更高的区域,进行导向轮组、钢丝等设备的装焊作业。”

    除此之外,施工现场强烈的紫外线、日夜的零下低温、高空作业时常遭遇的7-8级大风,同样为试验场的建设增加了难度。

 

▲建筑吊篮高空作业


    2019年6月,试验场6个钢结构塔架拔地而起,与之相匹配的共18套绞车设备、36根钢丝和700余组(高空500余组、近地200余组)导向轮,以及相关配套电缆、电气设备设施的安装工作接近尾声,待“随动盘”运到,便可以开始进行总装和调试工作。

    2019年7月初,“随动盘”在武船控股重装企业庙山基地顺利完成组装及检测实验,并立即拆分装箱发往怀来。“随动盘”上安装的导轨平面度公差达到0.1mm、平行度公差达到0.15mm ,各项检测数据满足工艺精度及试验要求。

 

    2019年7月13日,雷洪洲带领远在怀来的项目施工团队不负众望,顺利完成了“快随系统”的总装和调试工作。

    至此,试验场该项目建设基本结束。

 

着陆器试验的保障之路

 


    2019年8月底,“快随系统”在经历了几次调试及多日的保养后,终于迎来了它的“新娘”––“火星一号”着陆器。

    “配对”成功后,“快随系统”牵引着陆器的“小手”缓缓升上半空,着陆试验正式开始!

 

▲模拟试验现场调试

 

整个试验过程为期一个多月,却并非大家想象中的一帆风顺。

期间,最麻烦的,是 “随动盘”在下降一定高度后,与之相连的部分近地电缆在地面拖行摩擦,经与航天五院设计部门沟通后,将原来固定在离地7m处的一组导向轮,变更装焊至离地21m,随之而来的是电缆与钢丝绳重新敷设和调试的大量工作,可谓牵一发而动全身。

最惊险的,是在试验过程中,离地84m的一个导向轮,因高空风力过大,导致结构受力不均,便随着钢丝脱槽而出,项目临时党支部的小伙不得不连夜进行“高空钢管行走”安装作业,以确保第二天试验的正常进行。

最紧急的,是在着陆器刚刚加注燃料完毕后,发现“随动系统”导轨滑块其中4块,因磨损严重而达不到试验精度要求,急需更换。由于加注燃料的特殊性,形势逐步上升为“箭在弦上,不得不发”的境地!而该类型滑块原本应用于高精度机床,需要进口,短时间内根本无法到货。雷洪洲怀揣着最后一丝希望,发动项目部全体成员的力量多方联系,终于打探到青岛一家机床厂正好仅有一组存货!当天晚上雷洪洲便组织专车从试验场出发提货,次日中午崭新的滑块便已在“快随系统”安装完成!

滑块刚刚安装到位,航天五院领导便上前一步,紧紧握住雷洪洲满是油腻的双手,激动地说:“今天,我才真正算是见识到了‘武船速度’!”

 

“武船人”克难的艰辛之路

 

 

▲绞车房设备安装


“我们当时租住在附近村民家中,虽然每天洗澡都成问题,但最辛苦的还是配套设备的安装定位工作。由于每个高塔旁用于安装绞车设备的房间都是提前新建的,但未考虑设备基座定位安装的问题,所以设备基座只能靠人事和简易工具,一寸一寸的挪进去,再定位安装。”

    现场施工钳工项目负责人马晓东回忆道:

    “高空作业时,常遭遇7-8级的大风,并夹杂着沙尘,吹得大家与建筑吊篮左右摇摆,还睁不开眼。出于项目施工安全考虑,只要风力降至3-4级,我们便随时准备与‘时间赛跑’,抢抓高空作业。”

 

▲绞车房设备安装调试


    “‘随动盘’主要分为三层两大部件:一是快速随动平台,它是一个直径约11米、厚度约1.9米的近圆盘形空间桁架结构;二是随动平台下表面安装的快速水平随动驱动系统,它由上层Y轴随动单元和下层Z轴随动单元组成(此处X轴负方向为垂线方向),是确保‘随动盘’与着陆器在实验过程中,二者空中姿态‘步调一致’的关键所在。”

    该项目工艺负责人刘亮成介绍说:

    “‘随动盘’的制造比我们预想的要困难许多,特别是快速随动平台,由于它的三层平面上均要安装轨道和配套滑块,且轨道安装精度要求极高,现有的数控落地镗床很难满足加工精度需求。最后,我们决定采用多次拼装、多次加工,再立装到落地镗床上,一次装卡加工两条轨道面,减少进刀量,特别是最后一次加工进刀量的方法,才确保了快速随动平台的总装精度。”


▲“随动盘”总组安装图

    “Y轴随动单元的铝合金钢箱梁结构和下层Z轴随动单元的铝合金底座装焊工作,才是最令人头疼的!”

焊接项目负责人张新国说道:

“我们历经了快两个月的焊接试验,才找到6061-T6型铝合金焊材焊接的一点点门道!我们初次焊接该材质时,探伤显示焊缝内气泡太多,为了消除这些气泡,我们曾多次向企业总部焊接技能大师工作室、中航工业成飞等知名单位的电焊师傅们虚心求教,但他们也并未完全解决。”

“后来,我们开始尝试‘花样百出’的焊接思路。换上最好的氩弧焊机、最好的焊丝、最纯的氩气,焊接前先用电热板‘暖暖’(对型材进行预热),夜间房间里施焊(保证周围环境清洁),一层一层打底,每一层都要拿放大镜仔细检查,有细微孔洞之处就小心磨平或敲掉重焊……40mm厚的型材,层层叠叠几十道焊,每一道我们都相互把关、慎之又慎,这才确保了构件顺利装焊完成并通过验收。我们唯一觉得不甘心的是,探伤仍存在一些细小气泡,我们会在今后的工作中努力改进焊接方法,进一步完善我们现有的焊接工艺。”

2019年11月14日,在中国火星探测器首次公开亮相后,来自19个国家的外宾莅临火星着陆综合试验场,共同见证了“火星一号”着陆器悬停避障试验首秀的成功!

在我们共同预祝2021年中国火星探测取得圆满成功,预祝中国航天事业实现“三级跳”跨越式发展的同时,请不要忘记还有这样一群“武船人”不忘坚守初心、牢记使命,曾用匠心为中国航天筑梦!