航天火工技術(shù)的發(fā)展與展望

郝芳 劉世毅

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

0 引言

火工技術(shù)利用火炸藥、推進(jìn)劑的燃燒或爆炸反應(yīng)產(chǎn)生能量，通過結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，從而完成預(yù)定功能[1]，是涉及含能材料、爆炸與燃燒、工程力學(xué)、測試測量等多學(xué)科專業(yè)的綜合技術(shù)?；鸸ぱb置以其體積小、質(zhì)量輕、能量質(zhì)量比高、可靠性高、動作迅速等優(yōu)點(diǎn)，在航天飛行任務(wù)中發(fā)揮著不可替代的重要作用。從發(fā)射到在軌飛行，到返回地面整個過程中，運(yùn)載火箭各級間、火箭與航天器間、航天器與載荷間以及航天器各艙段間，都需要火工裝置實(shí)現(xiàn)連接和分離功能。在飛行過程中，航天器也需要火工裝置完成各類載荷和部件的釋放或展開動作。從美國的“水星號”飛船[2]到歐空局的“阿里亞娜”火箭，從俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船到我國的“長征系列”火箭，幾乎每個航天飛行器都需要幾個乃至幾十個火工裝置完成關(guān)鍵動作與程序，任何環(huán)節(jié)的失效都會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此具有雄厚實(shí)力的航天大國都非常重視火工技術(shù)的研究與發(fā)展，將其作為自主掌握的核心技術(shù)，限制與其它國家開展交流與合作。

1 國外發(fā)展概況

國外火工技術(shù)的發(fā)展已有上百年歷史，工業(yè)基礎(chǔ)完備。作為航天技術(shù)起步最早的美國、俄羅斯都具有雄厚的技術(shù)實(shí)力，特別是美國建立了完善的技術(shù)體系，歐洲、日本、印度基本上都借用美國的產(chǎn)品規(guī)格和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)60年代，為了與前蘇聯(lián)抗衡，新成立的美國航空航天局（NASA）開始實(shí)施載人航天計(jì)劃，火工技術(shù)也大量應(yīng)用。作為航天火工裝置的主要起爆元件，電起爆器的應(yīng)用極為廣泛。為了提高火工裝置可靠性、安全性，NASA首先從統(tǒng)一點(diǎn)火元件入手，為“阿波羅”飛船研制了通用熱橋絲式電起爆器（SBASI），為各種火工機(jī)構(gòu)提供了標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)火接口，保證了“阿波羅”任務(wù)的順利完成。經(jīng)“海盜號”飛船和航天飛機(jī)等型號改進(jìn)后，現(xiàn)在成為 NASA標(biāo)準(zhǔn)起爆器（NSI）[3]，是目前美國衛(wèi)星和空間探測器以及運(yùn)載火箭優(yōu)先使用的產(chǎn)品，也是NASA負(fù)責(zé)的項(xiàng)目中唯一使用的電起爆器，為航天火工裝置的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時期，美國率先研究使用了非電傳爆系統(tǒng)，在“土星V號”運(yùn)載火箭、“阿波羅”飛船等多個型號上應(yīng)用，提高了火工系統(tǒng)的安全性和發(fā)火能量[4]。洛克希德·馬丁公司在切割索的基礎(chǔ)上研制了新一代線性分離裝置[5]，即膨脹管分離裝置，逐步向無污染、低沖擊的線性分離裝置方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代，德國和美國開始應(yīng)用包帶進(jìn)行星箭之間的連接，與爆炸螺栓和線性分離裝置相比，包帶具有可靠性高、分離沖擊小的優(yōu)點(diǎn)[6]。由于包帶式連接結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為包括美國、歐空局、前蘇聯(lián)等各國航天器的主流星箭連接方式。

20世紀(jì)90年代，NASA啟動了一項(xiàng)火工作動系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，核心內(nèi)容是研制系列標(biāo)準(zhǔn)火工品，如標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)線形分離系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)激光雷管和標(biāo)準(zhǔn)激光起爆器等。根據(jù)該規(guī)劃的要求，NASA還制定了火工裝置系統(tǒng)技術(shù)手冊和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。通過對數(shù)據(jù)庫的收集和整理，飛行器開始采用通用火工產(chǎn)品完成任務(wù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，美國衛(wèi)星火工裝置的品種已大大減少，從生產(chǎn)廠商提供的產(chǎn)品看，常用的火工裝置包括電起爆器、拔銷器、分離螺母、推力筒、切割器等，均形成了系列化產(chǎn)品直接選用。飛行器上各種機(jī)構(gòu)的展開和分離主要由這幾種火工裝置功能組合而成。歐空局也出版了《歐洲航天火工裝置產(chǎn)品目錄》，強(qiáng)調(diào)火工裝置的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，并進(jìn)行了兩次修訂。這些產(chǎn)品形成產(chǎn)品型譜，便于設(shè)計(jì)時參考或選用。

為提高航天工程的可靠性、安全性以及發(fā)射成功率，1986年NASA委托Langley研究中心牽頭，針對1964~1987年中發(fā)生的火工失效事故開展調(diào)查，歸納總結(jié)了飛行任務(wù)中火工裝置的失效情況，并對設(shè)計(jì)和可靠性等方面存在的問題進(jìn)行分析[7]。針對火工裝置失效的共性問題，NASA于1992年推動了一項(xiàng)航天火工系統(tǒng)研究規(guī)劃，該項(xiàng)目主要是對產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究，項(xiàng)目內(nèi)容包括火工裝置的設(shè)計(jì)技術(shù)，試驗(yàn)技術(shù)和工藝技術(shù)等。在這項(xiàng)計(jì)劃的支持下，NASA與美國國防部陸續(xù)編制并發(fā)布了一系列航天火工裝置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這些基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)對統(tǒng)一產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，保證產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性、安全性提供了極其重要的指導(dǎo)，現(xiàn)已成為國際通行要求，歐洲、日本和我國均參照美軍標(biāo)制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系。歐洲的航天工業(yè)發(fā)展大量借鑒了美國的技術(shù)，火工裝置的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和生產(chǎn)也都采用了美國的標(biāo)準(zhǔn)。2000年，歐洲航天標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了ECSS-E-30 Part 6A《航天工程 機(jī)械 第6部分：火工裝置》，標(biāo)準(zhǔn)以美軍標(biāo)為基礎(chǔ)，又詳細(xì)規(guī)定了設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證、制造、使用和安全各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品保證要求，使火工裝置的研制和生產(chǎn)過程控制更加規(guī)范。

為充分理解火工裝置的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)并改進(jìn)設(shè)計(jì)，美國等國家也非常重視對火工裝置作用過程的仿真和模擬。研究應(yīng)用熱力學(xué)方法和多相流理論，對拔銷器、切割器、電爆閥等裝置的火藥燃燒過程和活塞運(yùn)動過程進(jìn)行仿真計(jì)算[8-9]，從而獲得典型壓力與時間的關(guān)系曲線，并對燃速、導(dǎo)熱系數(shù)等參變量進(jìn)行敏感度分析，從而獲得不同裝置工作性能的影響因素和變化趨勢。另一方面利用結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理模擬火工裝置的動力學(xué)過程，提供結(jié)構(gòu)受力和變形的信息，預(yù)測火工裝置在不同裝藥裕度下的性能變化，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效輔助手段。近年來，美國一些專業(yè)火工裝置生產(chǎn)廠商也開發(fā)了自己的性能分析和模擬手段，如Scot公司能夠?qū)鹚幦紵^程、分離作動過程、溫度、壓力等方面進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，極大地提升了專業(yè)設(shè)計(jì)能力和水平。

從國外火工裝置近年發(fā)展情況看，市場相對穩(wěn)定、成熟，新概念類產(chǎn)品研發(fā)不多，制造商擁有從點(diǎn)火元件到各種作動裝置的產(chǎn)品線，具備提供“一站式”服務(wù)的能力，即設(shè)計(jì)、零部件生產(chǎn)、組裝、藥劑生產(chǎn)、測試試驗(yàn)等環(huán)節(jié)全部在公司內(nèi)完成，能夠根據(jù)用戶需要快速開發(fā)適用產(chǎn)品，并提供分析和技術(shù)支持服務(wù)，從而保證產(chǎn)品的品質(zhì)和可靠性。

2 國內(nèi)發(fā)展概況

我國航天火工技術(shù)是在學(xué)習(xí)與借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上獨(dú)立發(fā)展起來的。從最初結(jié)構(gòu)簡單、功能單一的起爆器、爆炸螺栓，到起爆、傳爆、分離、作動等多功能、系統(tǒng)組合的火工系統(tǒng)，我國航天火工裝置的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：第一階段即起步階段，自20世紀(jì)50年代開始，主要是根據(jù)文獻(xiàn)資料進(jìn)行摸索和實(shí)踐，研制出了我國第一代火工裝置產(chǎn)品；第二階段，是在20世紀(jì)的80~90年代，重點(diǎn)是產(chǎn)品的可靠性、安全性方面的提高和發(fā)展，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，這些標(biāo)準(zhǔn)的貫徹和執(zhí)行對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和品質(zhì)的提高起到了很好的指導(dǎo)作用，保證了型號研制的順利進(jìn)行；第三階段是在20世紀(jì)90年代后，由于型號任務(wù)的增多，研制能力不斷增強(qiáng)，國內(nèi)開始瞄準(zhǔn)國外先進(jìn)技術(shù)，并在某些關(guān)鍵技術(shù)上達(dá)到國際水平，特別是在火箭和飛行器上大量借鑒了國外正在使用的技術(shù)。

航天火工裝置多采用電起爆形式，第一代火工裝置采用的電發(fā)火元件起爆能量低，易受到電磁干擾，安全性較差。20世紀(jì)80年代后火工裝置開始研制和使用鈍感電發(fā)火元件，在1W能量的1A電流輸入下5min內(nèi)不發(fā)火、不失效，并且能夠抗靜電和射頻干擾，通過該項(xiàng)措施，解決了航天火工裝置的安全性問題。同時國內(nèi)也開始了非電傳爆裝置的研制，從而降低了電磁輻射產(chǎn)生的危害，也減輕了控制系統(tǒng)發(fā)火電路的供電壓力。到20世紀(jì)后期，為了徹底解決電磁干擾問題，國內(nèi)也提出了激光脈沖點(diǎn)火裝置，有效地提升了火工裝置抗電磁和脈沖干擾的能力[10]。

航天火工分離裝置的結(jié)構(gòu)形式早期多為爆炸螺栓的點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)形式，而且對火藥燃燒 產(chǎn)生的污染無特別要求。隨著研制任務(wù)要求的提高，逐步對火工裝置提出了無污染、低沖擊等要求。有效載荷的釋放解鎖開始使用無污染爆炸螺栓，之后又出現(xiàn)了基于“強(qiáng)連接、弱解鎖”設(shè)計(jì)思想的鋼球式、楔塊式解鎖螺栓，均能夠很好地實(shí)現(xiàn)解鎖功能。借鑒國外研制經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的分離螺母，以其高連接強(qiáng)度、無污染、低沖擊的良好特性而被廣泛使用。

隨著我國航天飛行器任務(wù)的不斷發(fā)展，使用的火工裝置在品種規(guī)模和數(shù)量上均有了較大的提升，對火工裝置的可靠性也提出了更高的要求。航天火工裝置多采用冗余設(shè)計(jì)方式，解決單點(diǎn)失效問題。國內(nèi)在可靠性方面也做了大量工作，特別是針對火工裝置的可靠性評估進(jìn)行的研究，提出了多種方法如貝葉斯方法、極限爆壓法、最大熵試驗(yàn)法、加嚴(yán)試驗(yàn)法等[11-12]。

我國火工專業(yè)的發(fā)展長期依靠型號需求的牽引，由于各飛行器總體結(jié)構(gòu)不同，總體設(shè)計(jì)時往往未統(tǒng)一考慮火工裝置的應(yīng)用，造成火工裝置通用化程度較低，這與國外飛行器采用同一火工裝置完成多個功能的設(shè)計(jì)存在較大差距。另外，火工裝置的設(shè)計(jì)仍是以滿足飛行器某個具體需求而改進(jìn)設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，增大了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，對提高產(chǎn)品的可靠性不利。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)開始注意到“三化”工作的重要性，如載人飛船逐步統(tǒng)一了電點(diǎn)火元件，而且還推廣到其他衛(wèi)星型號上使用；各種飛行器上用于星箭分離機(jī)構(gòu)的爆炸螺栓也采用了通用化、系列化產(chǎn)品；衛(wèi)星太陽翼的展開釋放也使用了相同的切割器或拔銷器。為了提高可靠性、降低研制成本、縮短研制周期，火工裝置的型譜建設(shè)逐步在各研制單位和總體應(yīng)用部門推廣開來。

3 北京空間機(jī)電研究所火工專業(yè)發(fā)展歷程

北京空間機(jī)電研究所是國內(nèi)最早從事航天火工技術(shù)研究與應(yīng)用的單位。1959年建所之初，研究所開展探空火箭回收系統(tǒng)的研制任務(wù)，根據(jù)任務(wù)需求開始著手研制頭體分離用爆炸螺栓和開降落傘用彈射螺釘。由于常規(guī)兵器中的雷管威力太大，設(shè)計(jì)人員利用燈絲加硝化棉和黑火藥研制出第一批引火頭，最終成功應(yīng)用于探空火箭飛行任務(wù)，這是火工裝置在航天飛行器上的首次成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國成功掌握了液體火箭及回收技術(shù)。經(jīng)過系列液體探空火箭回收著陸系統(tǒng)的研制，回收技術(shù)建立了相對獨(dú)立、較為完整的配套體系，也成立了專門的火工品實(shí)驗(yàn)室，形成了較為成熟的發(fā)火裝置生產(chǎn)、試驗(yàn)?zāi)芰Α?0世紀(jì)60年代，經(jīng)過挺進(jìn)系列核試驗(yàn)取樣火箭、“東風(fēng)”高彈道數(shù)據(jù)艙等回收任務(wù)的鍛煉，火工專業(yè)又掌握了彈射筒彈射開傘，延時收口繩切割器切繩實(shí)現(xiàn)主傘二級開傘，火藥燃?xì)夤?jié)流降低火工作用力等技術(shù)，形成了自身獨(dú)特的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢。

1975年，從太空返回的第一顆返回式衛(wèi)星回收艙被圓滿回收，北京空間機(jī)電研究所研制的火工裝置發(fā)揮了不可替代的重要作用。后續(xù)研究所為返回式系列衛(wèi)星共研制了小火箭、彈射筒、脫傘螺釘、關(guān)門推力筒、暗道解鎖螺栓等15種43件火工裝置，分別用于返回、天線、結(jié)構(gòu)、相機(jī)等分系統(tǒng)，完成艙段分離、起旋、消旋、暗道解鎖、暗道分離、拋蓋、彈傘等功能，是衛(wèi)星的重要執(zhí)行部件。這些火工裝置以高可靠性成功完成返回式系列衛(wèi)星、育種星、科學(xué)實(shí)踐衛(wèi)星等多個型號的飛行任務(wù)。

1992年載人飛船立項(xiàng)，北京空間機(jī)電研究所再一次承擔(dān)火工裝置的主要研制任務(wù)。長征運(yùn)載器逃逸子系統(tǒng)的鎖緊固定機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的分離密封板解鎖、天線蓋打開、通氣閥門打開裝置，回收著陸分系統(tǒng)拋艙蓋、開減速傘、開主傘、拋大底蓋、緩沖火箭點(diǎn)火及脫主傘等均由該所研制的火工裝置完成。在研制過程中，首次采用非電傳爆實(shí)現(xiàn)16個火工裝置的同步點(diǎn)火，保證了傘艙蓋彈射分離的點(diǎn)火同步性和工作可靠性；首次使用反推火箭對著陸器進(jìn)一步減速，實(shí)現(xiàn)最小的著陸速度；采用“堵”“疏”結(jié)合的方式，解決了艙內(nèi)火工裝置燃?xì)庑孤﹩栴}，保證了宇航員的生命安全。經(jīng)過反復(fù)地試驗(yàn)驗(yàn)證和技術(shù)改進(jìn)，火工裝置的性能趨向穩(wěn)定，技術(shù)走向成熟，為實(shí)現(xiàn)我國載人飛行奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也成為北京空間機(jī)電研究所火工專業(yè)技術(shù)成熟和發(fā)展的標(biāo)志及里程碑。

進(jìn)入新世紀(jì)，以“探月工程”、新一代飛船、火星探測、超聲速導(dǎo)彈等新型號的立項(xiàng)為契機(jī)，火工專業(yè)在承擔(dān)回收系統(tǒng)配套任務(wù)的同時，將火工裝置的應(yīng)用拓展到“紅旗”、“鷹擊”、“長劍”等系列導(dǎo)彈，以及遙感衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、微小衛(wèi)星和衛(wèi)星平臺等，形成宇航和武器兩大應(yīng)用領(lǐng)域，同時努力開展民用市場和國際市場的業(yè)務(wù)拓展，形成良好的發(fā)展態(tài)勢。

火工專業(yè)依托于回收系統(tǒng)的應(yīng)用，不斷發(fā)展、壯大。經(jīng)過60年的積累，逐步掌握了火工總體技術(shù)、點(diǎn)火（傳火）技術(shù)、作動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、火工制造技術(shù)和測試與試驗(yàn)技術(shù)等5項(xiàng)專業(yè)技術(shù)。開發(fā)出火工組件、火工裝置、火工機(jī)構(gòu)3大類14種產(chǎn)品系列，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、傳爆、能量輸出、機(jī)構(gòu)動作等多種功能。作為國內(nèi)最早開展航天火工技術(shù)研究與應(yīng)用的單位，北京空間機(jī)電研究所也是航天火工裝置專業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的編制單位。經(jīng)過幾代技術(shù)人員的努力和鉆研，先后編寫和修訂了 GJB1307A《航天火工裝置通用規(guī)范》、GJB2034《航天飛行器系統(tǒng)電爆分系統(tǒng)的安全要求和試驗(yàn)方法》、QJ3198《航天火工裝置安全技術(shù)要求》等行業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，奠定了研究所火工專業(yè)的引領(lǐng)地位。

4 未來發(fā)展趨勢

（1） 火工降沖擊載荷技術(shù)

火工沖擊具有加速度峰值高、高頻段集中、持續(xù)時間短的特點(diǎn)。盡管火工沖擊很少破壞結(jié)構(gòu)，但會使對高頻沖擊敏感的電子產(chǎn)品產(chǎn)生失效。20世紀(jì)70年代，歐美等國家投入大量的人力、財(cái)力、物力對火工沖擊的產(chǎn)生機(jī)理、傳遞規(guī)律、預(yù)示方法和試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究[13]，并頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對航天器火工沖擊進(jìn)行規(guī)范。近年來，國內(nèi)多個航天器也遇到了火工沖擊問題，成為通信、遙感、導(dǎo)航和載人等各領(lǐng)域航天器研制的瓶頸。

火工裝置解鎖時造成的大量級、高頻響、短時間的復(fù)雜震蕩沖擊載荷，對航天器電子儀器、脆性材料、輕薄結(jié)構(gòu)的破壞較為突出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，主要是基于火工沖擊載荷的系統(tǒng)布局開展分析工作，在火工沖擊載荷傳遞規(guī)律、火工解鎖沖擊環(huán)境預(yù)示、火工沖擊隔離等方面開展研究?；鸸ぎa(chǎn)品方面，北京空間機(jī)電研究所的專業(yè)技術(shù)研究更加精細(xì)與深化，將內(nèi)彈道設(shè)計(jì)技術(shù)、燃?xì)饬髯杩刂萍夹g(shù)、液壓（氣壓）緩沖技術(shù)、固體變形緩沖技術(shù)等綜合應(yīng)用于單機(jī)產(chǎn)品，適應(yīng)了精密儀器的低沖擊耐受需求。

（2） 仿真分析技術(shù)

受化學(xué)反應(yīng)本身的不確定性及離散性限制，火工裝置的設(shè)計(jì)很大程度上依賴于工作經(jīng)驗(yàn)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證和評價(jià)產(chǎn)品工作效果，導(dǎo)致產(chǎn)品研制成本高，研制周期長，一些設(shè)計(jì)問題在研制后期才可能暴露，因此需要加強(qiáng)仿真分析技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的精確調(diào)控，提升精細(xì)化設(shè)計(jì)水平和問題分析能力。國外火工裝置的研究機(jī)構(gòu)如NASA的蘭利研究中心、洛克希德·馬丁公司、Hi-Shear公司等都擁有完整的設(shè)計(jì)開發(fā)和分析系統(tǒng)，在火星著陸器等項(xiàng)目的火工裝置研制中已經(jīng)全部利用軟件完成設(shè)計(jì)開發(fā)和分析計(jì)算工作。國內(nèi)從事火工專業(yè)研究的單位主要側(cè)重于炸藥爆炸過程的仿真計(jì)算，對于火藥燃燒的仿真計(jì)算還未有報(bào)道，也沒有火工裝置仿真計(jì)算的專業(yè)平臺。

火工裝置工作時涉及爆炸燃燒、壓力溫度變化、高速運(yùn)動，以及碰撞、斷裂、變形等瞬態(tài)現(xiàn)象，產(chǎn)品試驗(yàn)具有瞬時、高動態(tài)和不可重復(fù)性?，F(xiàn)有商業(yè)軟件中并沒有描述火藥燃燒的模型，對于火藥燃燒過程的描述也還不完善。北京空間機(jī)電研究所自主建立了一套火工裝置設(shè)計(jì)仿真平臺，內(nèi)嵌自主開發(fā)的火藥燃燒模塊，可以開展火工裝置工作過程的仿真設(shè)計(jì)工作。后續(xù)需要加大技術(shù)投入，深入開展瞬時沖擊的仿真、測試、評估技術(shù)的綜合研究，建立爆炸沖擊技術(shù)的分析與測試平臺，強(qiáng)化設(shè)計(jì)分析能力和試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

（3） 激光點(diǎn)火技術(shù)

20世紀(jì)90年代，美國國防部、能源部和航天部均將激光點(diǎn)火技術(shù)列入重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)系列，推進(jìn)其應(yīng)用進(jìn)程[14]。近幾十年來，國內(nèi)外對激光點(diǎn)火技術(shù)投入巨大努力，主要在于它有良好的安全性。在激光點(diǎn)火元件中，由于使用光纖代替導(dǎo)線，從而實(shí)現(xiàn)了含能材料與電系統(tǒng)的隔離，對靜電泄放、電磁輻射等干擾鈍感，提高了抗電磁干擾能力；其次，以固態(tài)激光器或激光二級管和點(diǎn)火元件構(gòu)成的激光點(diǎn)火系統(tǒng)可以制造成直列式點(diǎn)火系統(tǒng)，它們能極大地適應(yīng)安全電子保險(xiǎn)與解除保險(xiǎn)裝置。

國內(nèi)經(jīng)過十幾年的基礎(chǔ)研究，對激光點(diǎn)火與起爆特性、光能傳輸特性、換能機(jī)理等關(guān)鍵技術(shù)已具有較深的認(rèn)識，并且激光器及其驅(qū)動電路設(shè)計(jì)、光能傳輸組件制作技術(shù)和激光火工品制作技術(shù)也日趨成熟[15]。但由于其工作模式變化較大，現(xiàn)有鈍感電點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用成熟、使用安全，能夠滿足航天器任務(wù)需求，因此航天型號對該技術(shù)的應(yīng)用意愿不強(qiáng)，在應(yīng)用上也尚不成熟。

（4） 微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)

在需求牽引和技術(shù)推動的作用下，火工技術(shù)向微型化、集成化、靈巧化、低成本、安全、可靠的方向發(fā)展。MEMS微型火工技術(shù)是將MEMS機(jī)電系統(tǒng)、微納米含能材料、微結(jié)構(gòu)爆轟學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)集成，具有體積小、質(zhì)量輕、功能豐富以及批量生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)[16]。MEMS火工系統(tǒng)是以基于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)為基礎(chǔ)的，通過微型裝藥及元件完成點(diǎn)火、傳火、起爆、傳爆、做功等功能的組合體。這一技術(shù)使得在具有厘米或毫米尺寸的火工系統(tǒng)芯片上能完成火工動力源、矢量推動、引信爆炸序列的安全與保險(xiǎn)等任務(wù)。由于 MEMS火工系統(tǒng)技術(shù)采用了先進(jìn)的加工和集成技術(shù)，所以，制造的火工系統(tǒng)芯片具有高精度的特點(diǎn)，被稱為是繼敏感火工品和鈍感火工品之后的新一代火工品，即火工集成技術(shù)。

MEMS微型火工技術(shù)的典型產(chǎn)品有 MEMS推沖器，與冷氣推進(jìn)器系統(tǒng)、等離子推進(jìn)系統(tǒng)相比，該產(chǎn)品具有體積小、微推力、高精度的特點(diǎn)[17]，可以在微型衛(wèi)星上廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)束語

航天技術(shù)作為當(dāng)今世界最具挑戰(zhàn)性和廣泛帶動性的高技術(shù)領(lǐng)域之一，是國家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)?；鸸ぜ夹g(shù)作為獨(dú)立的專業(yè)分支，也影響著航天技術(shù)的發(fā)展程度。隨著我國載人航天、深空探測、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、高分辨率對地觀測系統(tǒng)等重大工程的深入推進(jìn)，火工技術(shù)也面臨著發(fā)展與創(chuàng)新的需求。一方面需要針對基礎(chǔ)理論開展深入研究，掌握極端環(huán)境條件等因素下含能材料的起爆、換能轉(zhuǎn)換和失效機(jī)理，建立可靠性、安全性評估模型；另一方面需要加強(qiáng)先進(jìn)的設(shè)計(jì)、檢測技術(shù)的推廣和應(yīng)用，提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力，為未來航天火工技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。