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时间:2018-11-20 来源: 作者:

中国教育报头条:房海蓉:给火箭穿上“绝热服”

房海蓉(左二)张先睿摄

【人物简介】:

房海蓉,北京交通大学机电学院教授、博士生导师,在机器人、智能制造等领域承担包括国家及省部级在内的科研项目20余项,针对我国大运载火箭隔热层等零部件厚加工技术难题,研制出具有自主知识产权的火箭隔热层自由曲面等厚在线检测实时数控加工系统,彻底改变了我国火箭隔热层落后的手工片削加工现状。

“大鹏一日同风起,扶摇直上九万里”。中国古代诗词里,记载了很多古人对于“飞天”的向往。“嫦娥奔月”更是为中国人的飞天梦带来了几分神秘和浪漫色彩。在众多航天人的不断努力下,中国航天事业将一个个梦想变成现实,中国逐渐迈入世界航天大国行列。其中就有一支北京交通大学团队的身影。从“长征”“神州”“嫦娥”到“天宫”,他们见证了中国航天事业一次又一次跨越,也用“交大制造”不断标注着航天机械制造的新高度。

打破机械制造“天花板”

2007年,继长征五号大型运载火箭正式批准立项研制后,国家正式发布了《航天发展“十一五”规划》,明确将新一代运载火箭列入中国航天重大科技工程。

这一年,北交团队负责人、机电学院教授房海蓉首次接触到了长征五号运载火箭课题组提出的一项研发任务:火箭箱体隔热层加工。

作为中国第一枚大型运载火箭,长征五号首次采用直径为5米、长20米的大直径箭体结构,打破了我国40余年来3.35米箭体直径结构的限制。用长征五号运载火箭总设计师李东的话说:“从3.35米到5米的跨度,不是一个简单的放大,而是质的飞跃。从设计能力、仿真手段、加工制造一直到地面各种实验,都有许多技术难题要克服。”其中,火箭箱体隔热层加工就是最棘手的难题之一。

对于火箭发射而言,对隔热层的加工处理至关重要。究其原因在于,火箭使用液氢液氧作为推进剂,液氢具有极强的挥发性,需要低温储存,然而火箭发射时,尾部火焰温度将超过3000摄氏度,如果隔热不当,液氢就很有可能消耗殆尽。用一句通俗的话讲,只有通过在火箭贮箱外穿上一件“绝热服”,才能确保火箭不被热量“入侵”。

然而这话说起来容易,真正实现起来却是难上加难。

由于火箭箱体为薄壁易变形壳体,采用传统的成型数控加工方法难以保证等厚要求,在2010年前,还只能采用手工片削方法进行加工,该方法不仅加工周期长,生产效率低,而且无法实现隔热层等厚加工的自动化要求,因此难以满足我国新一代大运载火箭的研制要求,亟须突破技术瓶颈。

毫不夸张地说,在那个时候,摆在房海蓉面前的,是中国现有机械行业的“天花板”,往上走是什么样的,谁也不知道,一切都是未知数。

不尝试一下怎么知道会失败呢?2006年底,房海蓉与几位志同道合的同事一起交流、讨论、沟通后,大家决定试一试,争取啃下这块硬骨头。谁也没有想到,这一试就是漫长的10年,同样也是这一试,成就了10年后的“火箭军”。

十年不懈专注“一件事”

“从2007年团队组建到今天多次成功参与火箭发射,前后用了10年的时间。”房海蓉说,“这10年可以说是我们人生中最宝贵的10年,但每次看到火箭发射成功的那一刻,我们发自内心地觉得10年里每一分的付出都是值得的!”

房海蓉组建的这支“火箭军”,汇聚了交大各路人才,团队成员里,有研究机械设计制造的,有专攻检测和控制的,还有擅长软件编程的,成员职称从普通的讲师到教授,从工程师到高级工程师,一应俱全。

摆在房海蓉和她团队成员面前的困难显然比想象中还要棘手。因为这几乎是一项全新的技术难题,在此之前没有任何经验可以借鉴,只能是摸着石头过河。再加上这么重要的攻关任务,合作方自然也非常慎重。要取得对方的信任,光凭口头上的一套理论、一个方案是远远不够的。

为了拿出一套有足够说服力的解决方案,房海蓉和她的团队开始了近两年的参数搜集、分析和摸索,开展了大大小小上百次实验。

没有现成的实验设备,就自己做。为了模拟真实情境,房海蓉带领团队根据缩比试验件自己研制实验原理样机,光预研用的原理性实验设备就先后更新了两代。

缺少工艺参数,就自己跑现场实测,再回来做实验分析,进行工艺优化和改进。由于很多数据需要实时监测,很多成员不得不长年累月驻扎在外。

不仅如此,项目组还要经常面临极其恶劣的工作环境。“因为很多试验需要在车间里做泡沫旋切,粉尘非常厉害,工作时要戴一整天口罩,一天下来连眉毛都变白了,我们都戏称对方是‘白眉大侠’。”团队成员徐老师回忆道。

就是在这样的环境下,经历了一次又一次的失败,一个个技术难题悄然被攻克,一套几乎全新的解决方案逐渐浮出水面。这套方案在打破了原有手工成型的局限的基础上,成功实现了对火箭绝热层自动等厚加工这一关键技术的突破,也最终帮助团队成功拿下了项目。

如今,回忆起走过的这段历程,房海蓉仍然感慨万千,“那时候大家都是30多岁,年轻气盛,不怕吃苦,也不想成功还是失败,没有人计较个人得失,一心只想把事情干起来。”

名声在外的“交大制造”

如今提到房海蓉团队,无论是项目合作方还是施工方都赞不绝口,凭借在等厚加工技术领域的独特创新,房海蓉团队已经成为了业界一个响当当的“品牌”。

与其他工业制造项目不同,航天制造被誉为工业之花,对时间节点、安全和精度都有近乎“严苛”的要求。

由于火箭对于发射周期有严格的设定,各个工序何时完成,都会有明确的时间节点,容不得丝毫怠慢。同时由于用来做实验的箱体造价十分高昂,动辄上百万、千万的成本,稍有闪失就损失巨大,所以对各个环节的要求自然也就“水涨船高”。

用合作方一位总工的话说:如果加工时对箱体有任何一点损伤,就相当于把“天”捅个窟窿。在这种“零差错、零容忍”的硬规定面前,房海蓉和她的团队承受了巨大的压力。

为了确保实验件不被任何外力因素破坏,房海蓉和团队开始在安全防护上下起了功夫。经过不停的实验和摸索,最终团队成功研制出了一套基于安全距离的防护系统。在非安全距离内,设备可以自动发出预警或直接启动止停技术。

通过这样一种操控技术,实现了对实验件器材的绝对控制,用房海蓉的话说就是“即使人为想破坏都破坏不了”,从而为实验装置上了一道“硬保险”。

即使是已经完成的合作项目,对方只要遇到问题,团队成员几乎是随叫随到,用他们的话说就是提供“终身质保”。

伴随长征五号的顺利升空,团队参与的项目工作画上了圆满的句号,但房海蓉和团队并没有放慢脚步,随后他们又投入到了“神州”“嫦娥”到“天宫”等一系列新型火箭的研发和应用。

“成事趁年轻。有梦,一定要趁着年轻去追逐,在还有激情的时候去尝试、去创造,要不怕失败,不给自己留遗憾,要做到青春无悔,才能不枉这一生”。回望十年磨砺耕耘路,房海蓉对青年学生说出了这句发自内心的寄语,而这也正是她一直以来努力做到的。

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