长征二号丙运载火箭应急更换—子级重新组织发射的实践与探讨

陈昌旭，惠兴晨，王鞠林，刘 焱，周玉宁

（1.中国运载火箭技术研究院，北京，100076；2.首都航天机械有限公司，北京，100076）

0 引言

2021年9月13日，CZ-2C Y41火箭在发射中心射前15 min视频监视时被发现一子级氧安溢活门出口处有四氧化二氮气体/液体溢出，存在发射安全性风险，领导小组决定终止发射。

Y41火箭一子级产品在经过现场推进剂泄出、置换、分解、进箱排故处理后，已不具备在现场恢复状态并继续执行发射任务的条件。通过全面分析，决定使用在北京已完成总装的CZ-2C Y53火箭一子级进行故障一子级整体更换并重启发射。型号面临着一系列的技术分析与产品处理，产品状态一致性、测试覆盖性保障、关键环节协调与评审确认工作。一个月内圆满完成一子级的更换与发射，在中国航天史上为首次，是高密度发射形势下应急处置、快速发射工作新模式。

1 超常规工作的任务形式

针对Y41 火箭一子级氧安溢活门燃料溢出问题，任务指挥部决定暂停发射任务，进行全面的故障定位排查。在巨大的思想压力与工作压力下，团队在5天时间内昼夜不停，经历了故障应急处置方案分析与制定、塔上抢险→推进剂泄出→产品下塔→残余推进剂置换→进箱产品处置等一系列的逆流程关键操作，加之2个月的时间内已在2个基地连续执行了3发任务，核心团队工作负荷已经超限。同时，故障一子级已无法在发射场恢复使用，生产线上没有状态一致并完成总装的整箭产品可直接调换承担任务，如何在最短时间内再次组织完成发射，是完成故障定位后面临的直接难题。

团队快速返京重新组织一发火箭总装测试，按部就班完成发射任务是最稳妥的决策。但稳妥的决策将使卫星面临加注后长时间停放的巨大风险，也必将使年度高密度发射计划面临更加重大的调整。为了满足快速重启发射的工作要求，制定了利用已有产品基础，仅进行一子级更换的实施方案，克服面临的各方面难题，以最少的资源代价、最快的响应周期，重启并圆满完成了卫星发射任务。

2 火箭一子级可更换性

确保同型号两发执行不同任务的一子级产品的可更换性是工作开展的前提。使用已完成总装工作的一子级进场替换原一子级参加飞行任务，没有可参照先例，确保已完成总装的一子级与发射场故障一子级的可互换性是一项系统性命题。为此团队组织了全面分析复查，对需要考虑的各方面要素进行了研究确认，确保决策方案无遗漏、可执行，避免出现重大反复。

2.1 基础性研究工作

已开展的基础性研究工作，为一子级更换的可行性提供了有力支撑，保证了任务不受其他边界条件的影响。

a）同类型液体飞行器推进剂加注长期停放的性能实践研究，为已泄出二子级在发射场参加第二阶段发射任务的可行性提供了技术支撑。

b）基础级和上面级的分离弹簧均已开展压缩后长期存放的试验，可以保证1年内处于压缩状态而不影响后续功能。

c）本次执行任务的上面级首次使用锂电池供电，避免因银锌电池无法长期贮存而需开罩下箭的问题。

2.2 技术可行性确认

经过机械和电气接口一致性确认、测试覆盖性对比分析，一子级更换具有技术可行性。

a）经过设计技术状态复查确认，两发任务的一子级结构设计状态、电气系统设计状态一致，并没有因发射任务不同而进行差异性设计更改。

b）由于新一子级与在场二子级未在总装过程连接过，为确保工作一次到位，总体和控制系统针对接口项目，开展全面复查与数据复核，确认结构产品包络数据支撑一二级现场连接、电气接口的连接器规格一致、相互插接的匹配性良好。

c）两发不同一子级的火箭常规出厂测试项目状态基本一致，惯组冗余、箭机冗余以及飞行软件等关键测试状态相同。在新一子级进场后，补充一子级火工品通路导通绝缘测试，并充分进行分系统测试考核，即可覆盖一子级出厂状态。

实践证明，CZ-2C型号一子级产品，在没有针对任务需求或研制优化的特殊性更改情况下，具有较好的可互换性，为此次更换一子级工作奠定了产品基础。

3 火箭二子级再次加注质量可靠性

对于两级常规液体火箭，二子级是确保发射载荷准确入轨的关键。CZ-2C火箭二子级（含仪器舱）上集中了全箭的核心电气系统、二级主发动机及游机、增压输送管路阀门产品，任务使命是将卫星和上面级组合体送入上面级交班轨道。二子级在经历推进剂泄出后停放，再次加注执行发射任务，确保产品质量可靠性是圆满完成发射任务的关键。

3.1 技术可行性确认

2021年以来研制部门针对“重大任务保成功”的需要，开展的常规推进剂加注后停放1个月适应性研究，给二子级推进剂泄出后的再次使用处理提供了有力的理论支撑。按研究形成的成果，对二子级泄出后停放的新状态进行了技术可行性确认，为深入开展具体工作奠定了基础。

3.2 履历复查及数据复核

在基础性研究理论的支撑下，对Y41火箭箭体结构、增压输送系统、箱内传感器及其密封件和紧固件、发动机系统的产品履历、满足泄出后贮存、需再次加注的情况进行了全面复查与数据复核。结果表明均满足加注贮存3个月的要求。

同时，针对上面级产品前期已进入发射程序、预计超两个月的加注贮存期，且在一、二级泄出过程接触推进剂气体的具体情况，进行了重启发射可行性分析，确认满足同年11月份发射的贮存要求，且不需进行开罩产品更换，规避了星罩对接操作逆流程。

4 火箭全箭重新组装对接、补充全箭测试

按常规模式，全箭需完成多轮不同状态的总装厂测试。新一子级与二子级之前未对接，与全箭系统相关的测试均未开展。因此，需要在发射场补充分系统及全箭状态测试，确保全箭的测试覆盖性。

4.1 灵活设计测试流程

火箭产品更换一子级后再次重启发射流程，须严格满足质量要求。涉及火箭出厂测试、技术阵地状态恢复、发射阵地测试等一系列工作［1］。考虑到任务周期、发射场设备设施条件的具体限制，制定了全新流程。

按照新一子级技术阵地恢复→导通绝缘测试→火箭二次转场→发射塔机械及电气接口对接→分系统测试→总检查测试→与发射场履行箭体交接程序→启动发射阵地流程执行，确保了对接、测试等关键流程全面有效覆盖。

4.2 测试考核重点

核心团队为保证测试覆盖性，以有限条件、有限周期为约束，对测试流程设计有了全新的认识与实践。在发射塔架上，重点补充考核控制分系统、总检查Ⅱ状态测试项目，既满足了全箭的测试覆盖性要求，又为重启发射工作缩短了周期。通过全新流程设计与控制，使更换一子级后重启发射的关键过程、关键产品状态得到充分考核。

5 全过程风险控制把关

本次更换一子级并重启发射任务，不仅包括全新的技术状态确认流程、工作实施流程，更重要的是质量控制流程与风险审查，必须根据新形势、新情况，按照新要求、新程序，实施有效控制，落实到位［2］。

调用的新一子级，源于待发射计划明确后总测出厂的Y53火箭，原任务性质为商业发射，其生产过程未纳入用户监管。因此，将新一子级执行发射任务，必须履行用户监管流程，且一二级组合成的新火箭的质量管理流程也需确认。这需要各方快速达成共识，确保程序有效、质量控制有效。经各方快速协同，按三个阶段完成了质量控制流程。

第一阶段，完成单机产品验收，即对新一子级所有产品及将更换的二子级电池和整流罩横向分离火工品进行质量确认，由用户代表审查。第二阶段，结合发射场补充测试，再次执行全箭出厂测试审查程序，即对更换一子级后的Y41火箭在总装厂测试未覆盖的测试项目进行联合检查验收。第三阶段，前两阶段完成后，集团公司、用户、发射场三方联合，重新组织完成新产品、新状态下的Y41火箭的出厂评审，形成完整的质量管理链条。

在各方充分理解和支持下，常规需要1个月时间完成的质量控制组织工作，结合实际情况在不到半个月时间内完成了全面闭环。充分体现了在应急模式下各方快速协同工作扎实有效，也为类似应急模式下快速响应积累了可借鉴经验。

6 重新组织火箭发射的启示

本次CZ-2C火箭发射场应急处置更换一子级，重新启动发射并获得圆满成功，是在高密度发射、多任务并行的常态化工作形势下，践行集团公司“三高”发展要求，作出的有益探索和实践，主要启示如下：

a）技术闭环是前提。

基础性研究应始终重视。“加注后停放一个月”的命题是CZ-2C型号在2021年7月执行某重大工程任务期间开展的研究，当时并没有应用场景，但对本次发射任务的重启却起到了决定性的作用。基础性研究工作要始终重视并持续开展，也要注重结合任务形势与发展需要抓出实效。

产品“三化”工作须持续推进。“三化”工作是指标准化、规范化、信息化，“三化”工作实施了近20年的时间，其要求的执行与成果的应用，为长征系列火箭持续10 多年的高密度发射任务顺利执行提供了有力保障。此次两发不同任务属性的一子级可应急更换，正是由于在高密度发射形势的实践中，有意识、有目标地按照“三化”要求，在设计上基本实现了火箭一子级模块的状态一致性［3］。

测试覆盖性要强化结果导向。本次任务的关键是在发射塔架上，通过对关键系统状态进行加严测试考核，选择最适合的总检查项目获取测试数据，通过对测试数据的包络性、全面性检查，覆盖了出厂总装测试考核状态，这是对测试覆盖性一次全新的实践与认识。测试覆盖性命题常论常新，须针对具体情况不断地研究积累，才能持续提高测试覆盖性的水平与效率。

b）管理闭环是保障。

流程优化宜因地制宜。在抢险排故、一子级更换、重启发射的整个过程中，面临各种未预见的困难，但团队始终咬定目标，严谨全面地研究、策划工作，务实高效地创新流程、组织实施。首先在整个过程中保障人员安全、产品安全底线不放松，其次严格遵循质量管理控制程序要求不降标，最后根据实际情况，与各方充分沟通、大力协同，高效、高质地完成了全新模式的发射工作。

产品管理须关注一致性。一子级产品得以顺利更换，基础是“三化”工作的有效实施。首先，在横向上通过设计状态控制，使型号一子级在执行同类型宇航发射任务中产品状态达到基本一致。其次，在纵向方面，生产过程的工艺方案、方法、检测控制手段通过总装精细化控制流程的实施与全面推广，达到了基本一致。

质量管理要不断精细化。在整个任务执行过程中，质量控制贯穿每一个环节，体现了精细化管理的本质。首先，针对一子级是否可以更换、二子级是否可以泄出后再用，进行全面的适应性分析，确定了可行条件下的质量控制关键环节。其次，针对实施过程，制定了一系列的产品准则与方案，包括二子级箭体的质量检查项目及标准、新一子级再进场的质量复查与控制准则、塔架状态下新一二级组合开展补充出厂测试方案及细则等，对过程进行有效控制。最后，按照与用户、发射场协商的新模式，严格履行了质量确认与评审把关程序，确保了工作结果的有效性。

7 结束语

一个半月的时间，从故障抢险排除故障到一子级更换、重启发射程序，整个过程未发生任何质量问题和技术安全事故。型号队伍面对压力与困境，主动担当、稳扎稳打，最终圆满完成了发射任务，也为中国航天发射应急处置探索验证了新模式、新流程及新的质量管控机制。