新一代運載火箭總裝及測試的檢驗檢測技術(shù)探究

天津航天長征火箭制造有限公司 朱迎新 周國星 劉月鵬 楊 瑞

當前，我國航天強國建設已進入新的發(fā)展階段，呈現(xiàn)出新的特征，同時面臨新的挑戰(zhàn)。中國航天科技集團有限公司黨組書記、董事長吳燕生指出，加快推動由“保成功、保交付、保增長”向“高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務、高效益推動航天強國和國防建設”（以下簡稱“三高”）轉(zhuǎn)變。探究火箭總裝及測試的檢驗檢測技術(shù)對于提升檢驗檢測效率、提高火箭裝配質(zhì)量和控制施工成本等方面有著重要意義。完善的檢驗檢測技術(shù)能夠使火箭總裝及測試的過程可控可追溯，在一定程度上避免低層次人為或重復性質(zhì)量問題的發(fā)生，滿足我國航天事業(yè)發(fā)展的要求。

一、新一代運載火箭總裝及測試的檢驗檢測技術(shù)與“三高”發(fā)展要求存在的差距

受多方面因素綜合影響，新一代運載火箭總裝及測試的檢驗檢測技術(shù)與“三高”發(fā)展要求存在差距，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

一是總體檢驗水平有待提高。一方面，由于檢驗人員工作年限尚短、經(jīng)驗較少，自身水平不高，未能做到對質(zhì)量問題的完全把關和預防，沒有把質(zhì)量問題消滅在“萌芽階段”，偶有發(fā)生“檢不準、檢不快”“錯漏檢”的現(xiàn)象。另一方面，檢驗人員目前在檢驗方法、檢驗流程、檢驗點等方面沒有形成一套成熟可靠、規(guī)范健全的檢驗檢測技術(shù)。

二是部分工序檢測效率不高或不能達到實時檢測。檢測工裝設備不合適或缺少，將導致部分工序進行時檢測效率不高或不能達到實時檢測，具體表現(xiàn)在2個方面：一方面，部分項目進行導通阻值與絕緣性能檢測時，缺少與之對應的轉(zhuǎn)接電纜，只能使用表筆線直接接觸箭體上插頭的插針與屏蔽層進行操作。由于插針與屏蔽層之間間隙較小，檢測十分不便，項目進行效率不高。另外，表筆線直接接觸點位會對箭上的插針和屏蔽層造成磨損。另一方面，檢驗人員進行保壓檢測時，未充分利用箭上管路系統(tǒng)布置的壓力傳感器測點，僅通過地面配氣臺與高壓軟管搭建檢測系統(tǒng)，在保壓結(jié)束后讀取壓力示數(shù)，未能實現(xiàn)實時檢測。

三是存在易錯難檢驗項目。火箭箭體自身涉及的技術(shù)和工藝結(jié)構(gòu)復雜程度很高，必然存在一些易錯難檢驗項目：首先是產(chǎn)品固有特性及工藝性限制，檢查項目的位置難以觸及。例如，儀器設備的電連接器插接插頭較多且安裝位置較近，同時艙內(nèi)操作空間小，插接時操作困難，插接后難以檢查。其次是箭體加工誤差或變形等因素，使檢測項目控制難度增加。對于無固定理論長度的捆綁連桿，需要在工作平臺上對連桿進行調(diào)節(jié)，捆綁連桿兩拉耳之間的水平度、捆綁連桿長度的變化量檢測難于控制。最后是部分產(chǎn)品外觀完全一致，未采取“防差錯”設計，且產(chǎn)品圖號噴涂或電刻不夠醒目，安裝檢查時易混淆。

二、探究新一代運載火箭總裝及測試的檢驗檢測技術(shù)

面對與“三高”發(fā)展要求存在的差距，為保證每一次發(fā)射任務圓滿成功，新一代運載火箭總裝及測試團隊不斷探索檢驗檢測技術(shù)，下面將從火箭總裝及測試中的8個方面分別探究其檢驗檢測技術(shù)手段。

1.快速識別極性產(chǎn)品安裝

極性產(chǎn)品安裝涉及箭上和箭下2個部分。箭下產(chǎn)品主要是地面配氣系統(tǒng)中的濾網(wǎng)過濾器和麂皮過濾器，這兩種過濾器殼體外部均刻有箭頭標識。在進行氣密檢漏時，系統(tǒng)中過濾器的數(shù)量多達幾十個，檢驗人員需要逐個核對箭頭標識來辨別過濾器安裝方向的正確性。但過濾器兩端連接高壓軟管以后，箭頭標識經(jīng)常在貼近地面一側(cè)，并且過濾器兩端被束縛，不易轉(zhuǎn)動，檢查時費時費力。

通過研究對比發(fā)現(xiàn)，總裝及測試現(xiàn)場使用的過濾器共有3種圖號，其殼體的可拆卸端均為出口，通過外觀形狀便可對過濾器的方向快速準確地作出判斷，不必刻意核對箭頭標識。檢驗人員采用此方法，極大地縮短了識別過濾器方向的時間，提升了氣密檢漏中地面準備工序的檢驗效率。因此，箭上的單向閥、電磁閥、卸荷開關、孔板等極性產(chǎn)品除了用箭頭標識辨識方向外，均可通過外觀形狀快速準確地作出判斷。

2.采用標識檢驗法

標識檢驗法主要用于區(qū)分外觀相似、檢查時容易混淆的產(chǎn)品。標識包含顏色標識、數(shù)量標識、文字標識等。例如，在搭建氣檢配氣系統(tǒng)時，配氣臺面板操作開關、配氣臺氣體出口與箭上接口，容易發(fā)生三者不對應的情況，尤其是配氣臺出口壓力相同或者箭上接口通徑相同時，更是增加了因上述3個因素不對應而發(fā)生質(zhì)量問題的概率。

為應對上述情況，在配氣臺操作面板分別粘貼開關所控制通道的文字標識，明確每個開關所控制的通道；針對配氣系統(tǒng)的地面高壓軟管較長的特點，在高壓軟管的兩端分別粘貼不同數(shù)量的色環(huán)標識；高壓軟管與配氣臺連接后，記錄軟管粘貼的色環(huán)數(shù)量與操作面板開關文字標識的對應關系；高壓軟管與箭上接口連接時，按照上述已經(jīng)明確的對應關系連接。色環(huán)標識與文字標識的結(jié)合檢驗，有效提高了檢驗人員檢查配氣系統(tǒng)的地面高壓軟管連接狀態(tài)的效率與準確率。

3.形跡檢驗

箭體出廠零部組件的清點檢查是一項繁瑣的工作，不僅耗費人力，還極易發(fā)生零部組件種類、數(shù)量清點錯誤的情況，采用形跡檢驗能有效地解決該問題。形跡檢驗是將零部件、工具等，在包裝箱內(nèi)將物品的投影形狀描畫出來，按其投影形狀嵌入凹模進行定位的檢驗手段。形跡檢驗尤其適用于箭體出廠時檢查清點裝箱零部組件的種類數(shù)量。首先利用廢舊包裝箱制作凹模，其次按照位置將單機產(chǎn)品、火工裝置等的安裝附件及緊固件一一安放，最后在出廠核對時一目了然，且便于各種零件在發(fā)射場的取用。

4.專用檢測轉(zhuǎn)接電纜、轉(zhuǎn)接盒與跨接導線

箭上儀器與電纜的導通阻值與絕緣性能檢測是箭體總裝及測試中的一項重要工作，可以驗證傳感器是否正常、電連接器插接是否到位、箱內(nèi)傳感器導線壓接是否合格等。對于以脫拔插座、密封法蘭為代表的檢測點位繁多的檢測項目，僅使用傳統(tǒng)的兩根表筆線已不能滿足高效率完成檢測任務的要求。為提升檢測效率，針對箭上不同的檢測位置，檢驗檢測人員制作專用檢測轉(zhuǎn)接電纜、轉(zhuǎn)接盒與跨接導線。

例如，在檢測箭上接口的絕緣性能時，轉(zhuǎn)接電纜的一端與箭上接口連接，另一端與轉(zhuǎn)接盒連接，轉(zhuǎn)接盒上的點位排列順序與箭上接口一一對應，使用跨接導線將轉(zhuǎn)接盒上的的檢測點位串聯(lián)，使轉(zhuǎn)接盒上的點位全部導通。檢測轉(zhuǎn)接盒第一個點位與另外任意一點位絕緣，則第一個點位與其他點位均絕緣，以此類推。檢驗檢測人員使用轉(zhuǎn)接電纜、轉(zhuǎn)接盒和跨接導線后，不需要逐個檢測點位之間的絕緣性，減少了表筆線直接接觸箭上接口造成的磨損。

5.提高氦質(zhì)譜泄漏檢測覆蓋率

氦質(zhì)譜泄漏檢測多用于液體運載火箭燃系統(tǒng)增壓輸送管路的接頭、法蘭盤等位置。但閥門在發(fā)射場時有內(nèi)漏、漏率超標，以及增壓氣瓶系統(tǒng)在發(fā)射場出現(xiàn)保壓不符合技術(shù)指標等情況。表明僅使用常規(guī)的皂泡法對箭上增壓輸送管路進行氣密性檢測已經(jīng)不能滿足運載火箭高可靠性的要求。因此，有必要在皂泡法檢漏的基礎上增加一次氦質(zhì)譜泄漏檢測。提高氦質(zhì)譜泄漏檢測覆蓋率后，全箭約90%的管路系統(tǒng)都進行了皂泡法檢漏與氦質(zhì)譜泄漏檢測的雙重氣密性檢測，最大限度地保證了箭上管路系統(tǒng)的密封性，提高了運載火箭動力系統(tǒng)的可靠性。

6.施加力矩前現(xiàn)場檢測校準

運載火箭的分離火工裝置、部段殼體、儀器、管路閥門等總裝均采用螺接形式，螺接所涉及緊固件均需使用扭力扳手施加力矩。扭力扳手按公司內(nèi)部程序文件規(guī)定，由專業(yè)的北京航天計量測試技術(shù)研究所定期檢定。扭力扳手在總裝中屬于高頻次使用量具，損耗嚴重。若在規(guī)定的檢定周期內(nèi)，扭力扳手施加的力矩達不到扳手上所顯示的數(shù)值，將會發(fā)生管路安裝后泄漏等情況。

為保證總裝現(xiàn)場扭力扳手所施加力矩值的準確性，避免扭力扳手可能在檢定周期內(nèi)失效，有必要在工作現(xiàn)場設置力矩檢測校準裝置。箭體上儀器、閥門等安裝施加力矩前，首先使用扭力扳手在現(xiàn)場檢測校準設備上施加5次，每次的力矩值與額定值誤差不超過5%方可上箭施加。另外，重點部位在力矩施加完成后采用數(shù)顯力矩扳手再復校一遍，確保施加的力矩萬無一失。

7.改進串聯(lián)單向閥漏率檢測

串聯(lián)單向閥是運載火箭增壓系統(tǒng)慣用的冗余設計，常見于箭上的貯箱地面增壓系統(tǒng)、氦引射系統(tǒng)等。單向閥漏率檢測是檢測安裝上箭的單向閥在工作壓力下的反向漏氣量，是檢測閥門啟閉后性能的重要指標。串聯(lián)單向閥漏率檢測的傳統(tǒng)方法是先檢測上游單向閥漏率，再檢測下游單向閥漏率。

通過對兩個單向閥之間管路氣體的壓力監(jiān)測得知，串聯(lián)單向閥啟閉后，兩個單向閥之間的管路壓力滿足下游單向閥漏率檢測的要求。因此可以調(diào)整兩個閥門漏率檢測順序，先檢測下游單向閥漏率，再檢測上游單向閥漏率，達到對檢測項目的改進。改進后的檢測方法，減少了地面高壓軟管與箭上接口的拆裝，減少了一次氣體充壓過程，提升了串聯(lián)單向閥漏率檢測項目的效率，降低了該檢測項目的氣體使用量。

8.多媒體圖冊檢驗法

多媒體圖冊檢驗法是把工藝一體化文件要求的檢驗點及操作細則制作成多媒體圖冊，用可視化的形式將檢驗點以及操作步驟表現(xiàn)出來。檢驗人員利用多媒體圖冊結(jié)合工藝一體化文件的文字描述去檢查裝配的部段，尤其是檢查復雜的零部件裝配，檢驗工作變得極為便捷和準確，在一定程度上減少了“老人新崗”和“新人新崗”發(fā)生質(zhì)量問題的概率。

目前，新一代運載火箭正在研究總裝脈動生產(chǎn)線將檢驗點信息與增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)儀器、管路等產(chǎn)品裝配的智能檢驗檢測與質(zhì)量分析。

三、結(jié)束語

新一代運載火箭的總裝及測試是極其復雜且關鍵的，因此采取行之有效的檢驗檢測技術(shù)對運載火箭總裝及測試的質(zhì)量控制至關重要。未來，持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新的檢驗檢測技術(shù)將會搭載5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高效益的智能化檢驗檢測，繼續(xù)為后續(xù)型號任務圓滿成功提供有力支撐。