当“火箭发动机”遇到“数字化”

今年，我国计划实施近70次宇航发射，有望再次刷新纪录。高密度的发射对火箭的整体要求近乎苛刻，中国航天如何做到高密度发射下的高成功率？今天的《一线调研 实干见闻》，我们就去火箭的“心脏”航天发动机研制团队看一看。

设计

从“十年一箭”到“八年九机”的秘诀

春节刚过，记者就来到了位于西安的航天科技集团六院，这里是我国液体火箭发动机的研制中心，为我国所有的长征系列运载火箭提供动力。

记者：你们这个室就是负责面向未来的一些发动机研制的？

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：没错，我们就是面向我国重大航天任务需求。

记者：抓总研制。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：对，世界水平的发动机。它就是我们的第一款。

记者：这款发动机的设计是全数字化了。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：全数字化了。

赵剑说的这款发动机就是500吨级液氧煤油发动机，这是我国目前在研推力最大的液体火箭发动机，去年底，首次整机试车就取得圆满成功。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：这发动机从零开始到真正的第一次系统级的热试车，大概是花了4年时间，包括设计到生产加上实验。

记者：这个速度是跟之前相比是不是已经很快了？

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：像这么大一个发动机，我举个例子说，咱们现在的120吨发动机，就目前空间站的主动力发动机，它从零开始到真正试车，大概就是以10年为周期。

赵剑说，研制时间大幅度缩短，是因为他们在一开始设计的时候就引入了数字化，按照以往的设计模式，需要手绘设计图，工厂再出工艺图，再交给工人去加工。一有改动，所有的流程就要重新来一遍。

赵剑告诉记者，现在航天重大任务中，都要求质量高、周期短、成本低，过去的手工制图已经无法适应了。为此，院里启动了数字化转型，自主研发了“郁金香”模型库，以往凭设计师个人经验无法想象的设计方案，在仿真模型的计算下都可以实现。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：我所有的尺寸图纸全是三维呈现，全是整个真实地在这里体现出来，包括它的公差，包括粗糙度，包括这个位置入口，包括加工尺寸。

记者：这是传感器是吧？

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：对。相对原来的方案减了50%重量。如果让你设计，你肯定不会这么设计，想象不出这里把它凹进去对吧？这里凹进去，然后再把它长出来，你是想不出来的，这都是算出来的。

赵剑说数字化模型算出来的结果，让发动机研制效率提高了几十倍，设计完成之后，还可以通过仿真试车来一遍一遍验证结果。

记者：可不可以这么理解，仿真试车就相当于我打游戏过关一样，每一关，每一关，即便是这关我没过，我可以重来。但是按照以前的话，我可能这一关没过，就意味着游戏结束了。

航天科技集团六院11所重型发动机副主任设计师 赵剑：多轮迭代的仿真的数字化的这种研制模式，它每一步发动机从0秒开始发指令，到零点零几秒，哪个阀打开，零点几秒，到哪个位置，知道它在什么时候会做什么动作，载荷是什么样的。然后我的产品能不能扛得住，我们也经过了详细的计算。在我们这种认知范围内我们去做到极致，这样才能保证真实试车一次成功。

赵剑告诉记者，他所在的航天六院提出，在8年内要完成9款新型发动机的研制。从十年磨一剑到8年9款新发动机，采访过程中，我们找到了其中的秘诀，就是用数字化赋能航天发展。

制造

从“工艺品”到“工业品”的转变

使用数字化以后，发动机的设计师们有了更多的信心和底气。设计是产品的第一个环节，设计完成之后，还要通过总装加工来实现，那么总装车间又是如何通过数字化来完成生产任务的？继续来看记者的调研。

在西安航天发动机有限公司，记者见到了主管生产任务的副总经理刘友强。去年，他们公司交付的各型发动机再创历史新高，今年任务量更大。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强：每个人会有个责任令，可以说它是军令状，这里边就规定得比较细了，不管是数量还是质量，都比以往上了一个层次。

在采访的时候，刘友强接到了生产车间打来的电话，记者和他一起赶往生产车间。

记者：过年去哪了？

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强：过年我哪都没去。好多一线的初三就已经到岗了，到初四初五人就非常多了，达到1500人左右了。我们在春节前把2023年的工作基本上都安排到位了，关键环节关键点，得确认一下是不是按照预期正常起步的。

刘友强来到的是120吨液氧煤油发动机的总装车间，这是我国新一代运载火箭的主力发动机。这几年中国空间站发射的长征五号B、长征七号运载火箭，用的都是他们研制的发动机，未来探月四期、火星、小行星等深空探测计划，对它们的需求会更大。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强：新一代液氧煤油发动机，总装的脉动线，建成的第一天开始就基本上满负荷运行了。

刘友强介绍，去年，公司交付了60台120吨级液氧煤油发动机，今年的交付任务达到80台以上，他每天最重要的任务就是盯住生产进度。

记者：交货的期限就卡在小时级了。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强：是这样的，你现在如果还是说明天干什么，后天干什么，根本不行，你应该说明天几点钟之前干什么，几点钟干什么。

刘友强告诉记者，以前发射任务少，需要的航天产品量很小，有的都是孤品，都是靠传统人工加班加点赶出来的。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强：你像四五年前这个也就是交付10台8台，再往前就更不用说了，因为外部没有需求。你看现在，接近商品，产品化了。

刘友强说，这两年发射次数越来越多，为此，公司实施了“卓越产品行动”计划，各车间生产现场机械臂、自动上下料系统、智能立体库、无人运输系统等自动化设备随处可见，新的脉动生产线也正在建设中，预计6月就将投产。

记者：这条线要投产之后，你这压力就能小一点。

航天科技集团六院西安航天发动机有限公司副总经理 刘友强：那小很多，真的小很多。

采访结束时，刘友强告诉记者，自动化、智能化装备的大量使用，使得以往靠手工打造的“工艺品”成了现在批产的“工业品”。尽管今年的生产任务压力依然很大，但有信心能够保质保量完成交付。

试车

从一台专用到一台多用的转型

我们已经看到了航天发动机的设计和制造，在发动机的研制过程中，还有一个非常关键的环节，就是试车，不管是新研制的发动机还是准备交付的发动机，都要在试验台上点火来验证性能。为了满足航天任务的需要，新的试车台也在加紧建设中，未来这个新的试车台也将是全数字化的。

总台央视记者 李宁：位于陕西铜川，亚洲最大的液体火箭发动机试车台正在建造过程中，目前，主体结构已经完工，正在进行试验设备的安装调试，预计3月底将交付使用。

麻军德是这个项目的负责人之一，他告诉记者，整个春节他们都没有放假，在加班赶进度，现在，测控大厅已经完工，试验台的主容器已经顺利安装落位，关键设备全部进场。他们所里现有的试验台是保障现役发动机研制试验的，无法满足新研大推力发动机的试车任务，未来的任务就指望这个台子了。

航天科技集团六院165所五室副主任 麻军德：这个试验台主要承担目前我国最大推力的500吨级液氧煤油发动机，还有300吨级发动机，以及向下兼容，包括200吨级的发动机等。承担的型号是非常多的，所以我们把这个台子定义为多功能柔性化的一个试验台。

麻军德带着记者边走边介绍，不同于以往，这个试验台采用双工位设计，依山势形成倾斜角度，这样的设计既节约成本，还能够快速形成试验能力，满足发动机的研制需求。此外，智能化、数字化等新技术也将应用其中。

航天科技集团六院165所五室副主任 麻军德：我们要打造成一个数字化试验台，我们所有的数据的采集，采集完之后的处理交付，直接传送到我们西安本部。

通过调研，记者发现，从设计、制造到试车，火箭发动机研制的每个环节都在满负荷运行，在中国航天密集发射任务的背后，是国民经济对航天需求的快速增长。而在这种需求牵引下，无论是设计端的从图纸到模型，还是制造端的从人工到智能，中国航天都在全面推进数字化转型，这种转型也成为高密度发射任务的有力支撑！