首次交会对接任务发射场加注安全保障改进

罗 克，冯 雷

（北京卫星环境工程研究所，北京100094）

0 引言

在以“天宫一号”目标飞行器、“神舟八号”飞船为代表的载人航天型号的全周期研制过程中，危险性最大、作业交叉最多的工作环节为航天器推进剂加注环节。在发射场工作流程中，航天器推进剂加注阶段涉及飞船系统、火箭系统、发射场系统等多个分系统的协作配合，包括整器（船）的转运至加注厂房、吊装上加注平台、氧化剂和燃烧剂加注、器（船）箭分离包带的安装和检测、推进剂泄漏浓度监测、器（船）上高压气瓶充气和补气、扣整流罩、转运至垂直测试厂房等一系列关键工序，是载人航天器穿上“嫁衣”、准备飞天前的最后也是最关键的一步。以“神舟八号”飞船为例：需加注燃料的部位包括返回舱推进子系统、推进舱推进子系统两部分，其中返回舱推进子系统加注无水肼[1]，推进舱推进子系统加注四氧化二氮[2]和一甲基肼[3]。3种燃料均属于危险化学品范畴，具有易燃、高毒、不稳定等特点，其储存、加注、加注后状态监控等工作项目均蕴含着巨大的风险。

推进剂加注阶段涉及到剧毒燃料的加注、十几米高空的总装操作、正样包带分离解锁、整流罩的火工品安装测试[4]、高压气体（包括易爆气体）操作等一系列高危作业环节，因此，绝对的安全控制是此阶段的核心工作；万无一失的安全绩效是此阶段的首要目标。

为确保我国首次空间交会对接任务载人航天器加注工作的圆满成功，发射场启用了新建成的加注厂房。该厂房的设计和建设采用了以酒泉卫星发射中心为总体，中国空间技术研究院、中国运载火箭技术研究院等使用单位全程参与设计、施工、验收的模式，其设计在总结以往“神舟”系列飞船加注阶段工作经验、吸收原有加注厂房和其他发射场加注厂房的优点的基础上，改进了原厂房存在的不足，全面提升了加注工作的本质安全度。

1 原加注作业配套设施存在的不足

从1999年我国第一艘无人试验飞船到“神舟七号”载人飞船的成功发射，一直使用酒泉卫星发射中心的老配套加注厂房，由于当时对飞船研制过程中危险源辨识不到位、配套设备技术水准不高等原因，在使用过程中发现原厂房及配套设备存在很多缺陷，为加注工作的顺利完成造成一定困难，也带来一定风险。

1.1 载人航天器的作业空间狭小

原厂房设计的飞船总装吊装工位、宽度仅够飞船转运车进出，当摘挂吊具等操作涉及多部升降车同时高空作业时，升降车只能预先定位、紧贴墙角，整车位姿无法自由调整，给作业带来了很大不便，作业人员的人身安全控制难度极大。此外，不仅作为产品作业核心场地的加注厂房、扣罩厂房狭小，而且氧化剂和燃烧剂的加注间、贮存间也不能满足设备摆放到位、管路合理铺设和人员安全操作并举的工作安全需求，有的房间有效使用面积不足5 m2，作业人员在复杂的设备和管路之间操作，连站立都十分困难，造成了难以避免的安全隐患[5]。

1.2 加注工位与扣罩工位分离，增加高危作业风险

在航天器总装工艺流程中，整器级别的吊装和转运因其体积庞大、外形尺寸不规则、作业对象重要性强等原因，危险性高、重要性强，一直是极受重视的关键安全控制点。而原加注厂房采用的加注工位与扣罩工位分开的布局方式，飞船要在两个工位之间进行反复的吊装和转运，增加了多个吊装、转运作业环节；且由于厂房狭小，必须采用气垫车转运的方法解决运输困难，因此气垫车要在两个工位之间来回走“之”字形曲折运行，更增加了吊装、转运作业的风险。

此外，还暴露出了气垫车存在的严重缺陷：由于原厂房地面是水磨石加铜条铺就，这种地面在建筑物地基下沉、地震等情况下，会出现微小裂纹，在气垫车强大气流冲击和整船高达 8 t以上重量的挤压下，裂缝迅速扩大，沙粒、水泥微粒飞溅，对洁净厂房环境带来巨大的污染，从而带来船上敏感器件受污染的风险。更甚者由于沙粒与气垫摩擦，造成气垫磨损爆裂，带来整船倾覆的风险，直接威胁到整船安全和作业人员安全。在以往“神舟”系列飞船的转运过程中，出现过因更换气垫，致使飞船发射场工作流程暂停的事件。此后飞船分系统不得不投入大量资金和人力在气垫车的养护上，造成了不小的浪费。气垫转运车对地面水平度有较高要求，但由于原加注厂房地基下沉等原因，地面凸凹不平。在气垫车运行中，气垫中的高压空气有时会突然泄漏，出现“放炮”现象，给飞船带来冲击。而且气垫中的压力一旦泄漏，气垫车就无法运行，导致反复充气、调整，重复作业增多，参与气垫车转运的作业人员“深受其累”。

1.3 安全保障条件不充分

原加注厂房的氧化剂加注间与燃烧剂加注间安全距离不足（小于10 m）；安全通道宽度不足1 m，不符合应急逃生的安全要求；房屋与房间嵌套，难于紧急逃逸。通风效果不好，加注废气不易排除；室内环境温度控制不足，极易造成燃料非正常挥发[6]。

2 新加注配套厂房各项功能的改进

以确保安全、简化流程、降低风险为宗旨，有关单位针对首次交会对接任务，对原加注厂房存在风险进行了分析，提出了新厂房建设要求。新厂房本质安全度全面提高、作业流程优化、仪器设备改进、安全防护措施完备，主要体现在以下几个方面。

2.1 作业空间加大，通道畅通

新建的加注中心厂房建筑面积比原厂房增大了4倍，运输通道相当于2倍的转运车宽度，极大地改善了作业空间，使得飞船分系统吊装作业所使用的3部大型升降车得以灵活地在场地中运行，便于作业人员在高空随时调整位姿，从根本上提高了作业环境的安全性。同时，天宫、飞船转运车的牵引模式得到了优化，淘汰了原柴油牵引车，采用体积较小的电动牵引车，不仅减少了尾气对厂房环境的污染，并且由于电动牵引车体积较小，可以灵活调头，从而带动转运车直接停靠加注工位旁，确保飞船吊装到加注工位“一步到位”，减少整船吊装的运行位移。厂房的地面采用先进的自流平工艺，各类车辆可以平稳行驶。

2.2 加注扣罩工位一体化，流程优化

新建成的加注厂房改进了原厂房加注工位与扣罩工位分离的缺陷，避免了因之带来的多次吊装和转运，有效减少了加注阶段高危作业环节。整船（器）一次就位后，所有工作以围绕其高效展开，极大地减少了危险作业环节，缩短了作业时间。通过合理设计、优化流程、工艺改进，加注工作阶段减少了2次整船（器）吊装和转运，1次扣罩、开罩，所需工时由原来的7个工作日，缩短到4个工作日；且由于航天器一次就位后到出加注厂房前不再进行厂房内工位间的转运、吊装作业，彻底解决了使用转运气垫车造成的一系列问题和不利影响。

2.3 安全保障条件全面提升

新加注厂房的整个建筑群在设计上严格遵守国家相关标准规定，着重考虑了应急逃生、人员自救的需求，应急通道、逃生门设计合理，可满足厂房内所有工作人员快速疏散。该厂房在布局上，非常重视逃逸通道合理布设及逃逸速度提升，厂房以加注大厅为中心，围绕大厅而设的其他功能房间（包括燃料贮存间、加注设备间、操作间、监视间、会议室等）以辐射的形式分布，每个方位都配置了逃生门，所有应急通道在最合理的位置与厂房内主通道相连，一旦紧急撤离，建筑物中的所有人员都可沿着主通道就近寻找逃生门撤离，避免了原加注厂房像迷宫一样的建筑格局；同时，大厅的背面直接连接空旷外场，大厅在此处配备了逃生门，便于大厅中人员迅速撤离。

针对一旦发生燃料泄漏、人员中毒、受伤，有应急救治的需求时，在大厅布局中，专门划定出了各类应急物质存放工位，例如：针对四氧化二氮对皮肤的灼伤，准备了碳酸氢钠洗消液清洗工位；针对氧化剂对眼睛的灼伤，准备了硼酸洗消液清洗工位，配备了喷口朝上的洗眼器。未雨绸缪，经过加注前安全评审和检查，有效避免了以往加注工作前临时进行应急物资准备带来的漏项风险[7]。

此外，建筑中的雨淋系统、通风系统、电力防爆系统、消防系统等全部按照防爆要求进行配备，氧化剂与燃烧剂的加注间直线距离增大到 30 m，使得两种推进剂能够实现真正意义上的物理隔离。

2.4 检测、监控手段的改进

“天宫一号”、“神舟八号”加注后采用先进的光离子化气体浓度检测仪进行推进剂泄漏实时监测，有效提高了监控的准确性和及时性。光离子化检测仪的原理是用紫外光照射被测气体，使分子发生光电作用来测定该气体含量。该仪器用取样泵将待测气体吸入电离室中，当待测物质经紫外灯照射，原来稳定的分子结构被电离，产生正离子与电子，在电场的作用下形成微弱电流，检测该电流的大小，就可知道该物质在空气中的含量。这种仪器具有体积小、重量轻、寿命长、检测灵敏度高等优点，可以用于肼类推进剂气体的检测，灵敏度可达到10-6，是加注过程安全的重要保证。

加注厂房内设置了全方位的图像监控系统，对加注过程的每个环节、每个重要部位，通过视频进行实时监控，为安全管理工作顺利开展创造了有利条件。

3 结束语

为确保首次交会对接任务圆满成功，新启用的加注厂房在基础保障条件改善、安全控制手段改进、安全管理方法革新等方面，积极借鉴各个航天器发射基地的先进理念，总结了以往7艘飞船作业过程的成功经验，同时引进了行业领先的安全控制技术和设备，成为国内最大的、功能最齐全、各种安全防护措施最先进的加注厂房。同时，载人航天器发射场加注阶段工作流程也随着保障条件的改善而大幅优化，有效减少了危险作业环节，在提高效率的同时大幅降低了安全事故发生的概率。“天宫一号”、“神舟八号”加注工作的圆满完成，验证了流程优化的必要性和可行性，为后续型号任务的顺利开展提供了宝贵的经验。

（References）

[1]GJB 5403—2005 无水肼安全应用准则[S], 2005

[2]GJB 2252A—2008 四氧化二氮安全应用准则[S], 2008

[3]GJB 2989—97 甲基肼安全应用准则[S], 1997

[4]QJ 3198—2004 航天火工装置安全技术要求[S], 2004

[5]QJ 2867A—2008 危险点控制管理规定[S], 2008

[6]QJ 3234—2005 常规液体推进剂安全防护器材管理要求[S], 2005

[7]Q/QJA 22—2004 载人航天型号发射场技术安全管理规定[S], 2004