汽车驶过海南省文昌市清澜大桥,港口时有火箭运输船停泊,航天大道两旁椰林茂密,不远处的海南商业航天发射场一号工位遥遥在望。今年夏天,这里将迎来火箭首飞。
短短2年时间,我国首个商业航天发射场在海南省文昌市拔地而起,仿佛置身改革开放之初的深圳,这里“时间就是金钱、效率就是生命”。
充分准备 设计国内首个商业航天发射场
在海南这片航天热土上,中国航天科工航天建设所属航天设计先后中标了3个商业航天项目。
最先开始的是文昌国际航天城科技创新公共平台一期——火箭装配厂房项目,计划建成我国新一代运载火箭的总装测试厂房,火箭总装测试完后可以直接运抵商业发射工位,实现“出厂即发射”。随后,与航天一院成立联合体共同承接海南商业航天发射场一号工位EPC项目,2023年年底如期竣工并100%验收通过。中标海南国际商业航天发射中心设计项目,包括发射区、技术区、配套建设3部分,设计以液体火箭发射为主、固体火箭发射为辅,支持多类型、多型号火箭发射的商业航天发射场系统,充分体现了复杂系统的总体设计能力。
航天建设成立半个多世纪以来,承担着我国航天领域绝大部分工程项目的咨询、设计、勘察和建设任务,在航天科工和航天科技两大集团的基础设施建设中总能看到航天建设人的身影,发射场是其航天领域建设版图中非常重要的一块“拼图”。“我们一直在为此准备着,团队对火箭、飞行器、航天工艺非常了解,难点主要集中在发射工位上。”航天设计副总裁安日红说。航天设计组织设计骨干成立起一支70余人的核心设计团队,对发射场设计展开充分论证,同时邀请业内相关单位专家进行指导评审,经营管理部门对发射场设计团队开通“绿色通道”,任何需求都能第一时间得到响应,全力保障项目推进。
竞标环节,航天设计凭借完善的设计方案、“两总”系统管理体系和“严慎细实”的工作作风拿下项目,成为国内首家承接商业航天发射场设计的设计院。
直面挑战 1个工位兼容19型火箭
固体、液体、固液混合……为了满足国内多家商业航天公司的需求,“兼容性统型”是设计团队的一项重点工作。据了解,一号发射工位为长八运载火箭专属工位,二号发射工位为我国首个液体通用型发射工位,未来可兼容10家火箭公司、19个型号的火箭发射。
“国内商业火箭公司对商业航天专用发射场特别期待。”航天设计副总裁凤小让说,“近年来随着国家一系列支持政策的出台,我国商业航天也在迅速成长,商业卫星的发射越来越密集、需求越来越多样,中国的商业航天发展迎来了极好的机遇。”正所谓一引其纲、万目皆张,设计工作是发射场建设的基础,设计阶段明确各型号测发流程和技术要求,才能按图纸动工建设,最终为火箭提供安全可靠的发射服务,发射场设计团队责任重大。
设计难点主要是在发射区,集中在3个方面。火箭发射工位导流槽工艺设计是发射工位设计的关键,也是结构专业开展设计的前提,工艺设计师张雁钊、马泽峰与火箭厂家积极对接获取导流槽设计规范,同时主动向老专家和高校老师请教,成功攻克导流槽气动型面设计、导流槽气动学仿真等难题;加注供气系统种类多、规模大,总体部骨干设计师孙喆和张雁钊详细对接火箭对加注供气系统的需求,对原有系统进行梳理,圆满完成系统任务书的编制和提资;涉火建筑与规范规定不一致,总体部工艺所所长陈亮及其助理张胜召详细分析具体工序操作,主动向安评单位专家咨询,最终“三平”火箭总装测试厂房按最初确定的B级危险设计,解决了厂房定性这一根本性问题。工艺设计团队奋战120天,攻克了包括发射场总体设计、发射场区工艺布局设计、勤务保障系统等一大批发射场工艺设计核心难题,为土建专业设计奠定了扎实基础。
发射场建设节奏紧促,自启动以来,项目团队衣食住行均在海南商发院内,项目选址与近10家单位的技术对接同步推进。凤小让回忆:“那段时间大家一心扑在项目上,在海岛2个月整个项目团队没看过一次海。唯一一次还是在晚上20点项目节点完成后,部分职工才看了看夜幕下的大海。”大家与时间赛跑、与问题较劲,几天几夜铆在一线承压奋战,把航天报国、航天强国的初心使命带到了这座年轻的发射场,以百米冲刺的姿态在海岛上掀起干事创业热潮,擦亮了航天建设金字招牌。
负责到底 成果要经得起时间考验
“国家发展有需要,航天事业有需要,我们义不容辞。”安日红说。和建设居民楼相比,给火箭建一个“家”要求更特殊,不仅因为航天作为高科技产业对火箭、航天器等产品质量把控标准更高,还因为发射场建设尚未形成统一的标准,许多事需要“摸着石头过河”。
“一号发射工位预埋钢柱脚的轴线定位精度要求为1mm,这样的安装精度要求远高于一般民用土建工程施工规范要求。”航天设计一号发射工位项目负责人汲生伟介绍。一号工位发射塔架是整个塔架的根基,其基础施工要求一体化、一次性整体浇筑,土建安装精度远小于规范要求的毫米级标准值。塔架建设还需要考虑防火、防腐、防锈的三防要求,在海边高盐雾环境下实现快速恢复、高质量发射。
距离发射场几公里外,文昌国际航天城牵头建设的总装测试厂房主体结构已然明朗,厂房总面积30000多平方米,低跨厂房能容纳2条脉动式生产线,高跨厂房高约50米,将实现火箭分级垂直总装测试。总装测试厂房和发射场将通过一条公路连接起来,这也是海南国际商业航天发射中心的创新之处——火箭将首次采用“小三垂”测发模式,也就是分段垂直总装、测试、运输,最终在一号工位完成发射。
“每张图纸都要签上设计师的名字,我们要对设计终身负责。”全身心扑在海南国际商业航天发射中心设计项目的项目经理李君杰说。在发射场建设中,设计师深度参与施工建设全过程,部分细节经过多方会商后甚至会迭代至第4版,既要满足与我国四大发射场相同的军用标准,也要满足与经济发展相适应的国家标准、地方标准。
如今,航天设计各项目团队依然在总装测试厂房和发射场建设现场奔忙,为今年夏天火箭首飞冲刺。大家目标一致:既然要做,就要做出一个标杆。