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      《中國青年報》:“北航4號”飛行器成功發射

      發布日期:2020-06-16    點擊:

      《中國青年報》2020年6月16日報道“北航4號”飛行器成功發射:

      “北航4號”飛行器成功發射

      大學生當“總師”造火箭

      記者 孫慶玲

      按下“點火”按鈕那一瞬間,北京航空航天大學博士生高科屏住呼吸,發射掩體里安靜得仿佛只聽得到自己“怦怦”的心跳聲。約1秒鐘后,300余米外傳來了助推級固體火箭發動機發出的隆隆轟鳴,地面的“震顫”由腳底傳導至心臟,此刻的高科只覺“震撼”“熱血奔涌”,他知道,“北航4號”臨近空間火箭動力飛行器已起航。

      5月27日11時01分,一身橘紅色涂裝的“北航4號”在中國西北某地沖天而起,眨眼工夫便扎進了云層。這個全長8.7米、重約1300公斤的家伙,按計劃在飛行400多秒鐘后降落預定位置——聽到這個消息,高科頓覺松了口氣,之前的緊張更多變為了激動、興奮。

      為了這400秒鐘,“北航4號”這一學生大型綜合項目已籌備多年,先后有21位博士生、49位碩士生以及16位本科生參與設計、研制和飛行試驗等,可以說是由學生當“主角”、做“總師”來造“火箭”。對于學生來說,這是怎樣的一種體驗?

      用高科的話來說,很煎熬,也很奇妙。

      “北航4號”飛行器

      2014年剛加入這一項目組時,高科還是探測制導與控制技術專業大四在讀本科生。在確定畢業后將在本校讀研究生時,他在班主任、未來的研究生導師宋佳的推薦下加入了項目組,并從師兄手中接手了飛控和測發控相關任務,畢竟“來北航的,誰還沒個航空航天夢”。

      一年后,劉德元在通過北航的研究生考試后也參與了進來,“那時剛結束傳統的課堂學習模式,一聽老師說這是個造火箭的大型工程實踐項目,我就很想參加,以前從電視上看火箭升空,就很向往”。

      “從科研角度來講,‘北航4號’是用來驗證一些新技術的實際飛行性能的?!弊鳛椤氨焙?號”項目組指導老師,宋佳告訴記者,“與此同時,‘北航4號’這一學生大型綜合項目是在‘北航1號’固體動力探空火箭、‘北航2號’和‘北航3號’固液動力探空火箭項目的基礎上發展而來,也是踐行教學科研相結合、進一步深化和加強以綜合項目為載體的人才培養模式的一次新的嘗試?!?/p>

      但那時初來乍到,劉德元還真沒想到,“我們學生自己搞的火箭真能成功發射?!”

      當在戈壁走了200多公里搜到“北航4號”順利降落后留下的殘骸時,劉德元和其他老師同學們“像找到失散多年的孩子一樣”飛奔了過去。運送殘骸回去的路上,一輪明月正從天地相交處慢慢爬升,月光灑在茫茫戈壁,劉德元感覺,“月亮都在為我們的成功點贊,相信未來的路會越來越好”。

      他們這次成功了。據了解,“北航4號”由固體動力助推器和固液動力巡航主級組成。其中,固體助推火箭發動機推力約150千牛,工作時間8.2秒;固液巡航火箭發動機最大推力約3千牛,推力調節能力3∶1,工作時間大于200秒。飛控采用GPS/北斗雙模衛星導航+光纖慣組的組合導航模式,實現了有控巡航飛行,且此次飛行完成了有動力臨近空間飛行的演示驗證,平飛高度24公里,平飛速度3馬赫,飛行距離近200公里。

      “‘北航4號’固液混合火箭發動機超200秒的工作時長,是固體火箭發動機很難達到的,并且由于僅有一路氧化劑供給系統,結構簡單,相比于液體火箭發動機更易進行推力調節和控制,這能使飛行器適應一些特殊的工作條件,比如長時間的定速巡航飛行?!备呖普f,發動機一如飛行器的心臟,若它的工作時間短,可以進行定高飛行,但速度的變化會比較大,能夠實現長時間變推力工作的固液混合火箭發動機助力了“北航4號”的巡航飛行。此外,“北航4號”固液火箭發動機采用98%H2O2/丁羥基推進劑組合,無毒無污染,環保性好,貯存和運輸十分安全方便。

      總體而言,此次“北航4號”成功驗證了長時間變推力固液火箭發動機技術和大空域、寬速域火箭動力飛行器總體設計、導航制導與飛行控制技術,可應用于臨近空間大氣參數測量、對地觀測和空中數據快速傳輸,未來可發展成為低成本/快速響應小型運載火箭等新型火箭動力飛行器。

      歸零后重啟

      為完成這個目標,86位學生如接力跑般跑了多年,其中有人已畢業離校,有的從本科熬成了博士,有的從“小男孩”變成了“孩兒他爸”。

      “北航4號”從無到有,再到成功發射,宋佳告訴記者,這是個“從粗到細,一步一步接近的過程”,包括任務提出、技術要求分析、初步方案的總體設計,在初步方案設計通過評審后要進行詳細方案設計,包含總體結構等各個分系統的設計,比如說動力分系統、地面測控分系統等。此外,各系統還會有硬件、軟件方案設計,之后要進行階段性的試驗驗證,最后是總體性的試驗驗證,“型號研制需要的試驗我們都需要進行,差一個都不行”。

      劉德元剛入組時,“北航4號”項目已基本上進入了試驗驗證階段。他一直擔任電氣分系統學生負責人,相關試驗有時在北京,有時也需要他和同學在西北某地待上一兩個月,春夏時皮膚總被曬得黢黑,到了冬天又冷得不行。但最令人煎熬的不是環境條件,而是各種突發的、不知原因的故障或問題,“也許理論上是行得通的,但實踐中并不能”。

      2015年秋天,劉德元和項目組成員在發動機試車臺進行發動機熱試,做加負載測試時,突然發現測不到電流信號,導致試驗不能繼續。本以為是電氣線纜出了問題,老師們決定先把這套線纜拿回學校實驗室檢查。直到夜里12點多,他和指導老師測試完了所有線纜,仍沒找到具體原因,便決定先回去休息。

      但在回家路上,劉德元想著“如果問題不解決,明天的熱試車肯定還做不了,既然是自己負責的部分出了問題,那就要找出原因,絕不能拖了團隊的后腿”,于是他又溜回了實驗室。打開電腦里所有有關電氣資料,他對照著測試數據一點點排查,到凌晨4點多找到了原因。之前的焦慮、壓力仿佛一掃而光,劉德元趴在實驗室桌上睡了不到兩小時,之后又和大家回到發動機試車臺完成了試驗。

      一路通關升級,問題總不斷冒出,直到發射的前一周依然有故障出現。有的問題可以短時間搞定,有的問題高科花了兩三個月的時間,測試了數千條數據也尋不到癥結所在,更要命的是,“你也不知道究竟什么時候能找到原因”。

      “特別費腦?!备呖朴袝r做夢都夢到自己在復盤或熟悉操作,常常失眠。但在他看來,科研就是個不斷“歸零”的過程,即遇到問題、尋找原因、解決問題,歸零后重啟。而這也是科研的意義和樂趣所在,在各種不確定性中摸索前行。

      “每一次故障都會暴露出產品設計和生產中的缺陷,每一次故障排除的過程也都是一次學習的機會?!眲⒌略f,在這過程中,那種從不知所措,到身心疲憊,再到解決問題后的喜悅心情,也是難以言表。

      點燃航天夢

      在宋佳看來,這些項目組學生也鍛煉出了“寵辱不驚”的心態?!凹幢闶菍σ粋€研究所的專業團隊而言,‘北航4號’也是個壓力很大、很復雜的研制任務,更何況是對學生?”但她沒看到過學生唉聲嘆氣或不耐煩,“反而經常安慰我說‘老師沒事,工作不多,今天肯定很快就結束’‘一會兒就結束了’,但事實上幾乎每天都要到凌晨一兩點鐘才收工”。

      在任務特別緊張時,學生們自己排班,安排細致到“前半夜誰干活,后半夜誰接班”“誰計算,誰校核”。在他們身上,宋佳看到了無所畏懼、沖鋒在前的精氣神兒,肆意生長的青春力量,也看到了國家未來航天事業發展的希望。

      “一個時代有一個時代的主題,一代人有一代人的使命?!痹诟瓯诖昧?,劉德元越能感受到,老一輩航天人在“天上無飛鳥,地上不長草,遍地無人煙,風吹石頭跑”的條件下,為我國航天事業開拓出一片新天地的艱辛與崇高。而今,他所在的西北某處的試驗場所,條件早已提升不少。天高地闊,云朵仿佛就騎在墻頭,觸手可及。站在前輩們積累的成果上,他們離新時代航天夢也更近,在他看來,“新時代航天人更應為航天夢努力,這就是我們這代人的歷史使命”。

      一年前,固液混合火箭發動機對北航宇航學院飛行器動力工程(航天)專業大四學生李心瞳來說,還是一個特別新鮮的名詞。但在參與“北航4號”的研制過程中,原先課本上由條條框框構成的試驗系統原理圖變成了一條條管路、一根根測控測量線、一顆顆小螺釘,密封圈也從工圖中打滿剖面線的示意圖躍然眼前,成了發動機的“保命神器”。

      在她看來,這段經歷是本科階段理論學習知識的生動實踐,是對系統思維、工程實踐、交叉融合能力的鍛煉,更是一場生動的愛國教育、信念教育和情懷教育,“在無形中點燃了心中那小小的航天夢”

      如今,李心瞳已將“北航4號”研究內容嵌入到本科畢業設計中,優化研究了原有的輸送系統,并采用電動泵的發動機總體方案設計。她希望能為后續的北航系列火箭設計提供一些思路和資料。

      據了解,“北航5號”飛行器學生綜合項目已開始策劃和推進。

      編輯:賈愛平

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