據(jù)中國空間技術(shù)研究院空間科學與深空探測首席科學家葉培建介紹，我國將于2020年發(fā)射“火星一號”探測器，開始中國真正意義上的第一次行星探測，挑戰(zhàn)一次性完成火星探測“繞、落、巡”三個任務的壯舉！
當前計劃顯示，我國將在火星探測過程中實行“環(huán)繞器+著陸巡視器”聯(lián)合探測的方式，即“火星一號”探測器（環(huán)繞器+著陸巡視器）進入太空后，將環(huán)繞火星預定軌道飛行觀測，而后著陸巡視器與環(huán)繞器分離，環(huán)繞器繼續(xù)執(zhí)行觀測任務，而著陸巡視器則降落至火星表面執(zhí)行巡察任務。（著陸巡視器以下簡稱“著陸器”）
▲中國第一個火星探測器（著陸巡視器）外觀設(shè)計構(gòu)型圖。國家航天局資料圖片。
在此過程中，如何確保“火星一號”著陸器在火星表面實現(xiàn)安全著陸，便成了2020年中國火星探測任務成功與否的關(guān)鍵所在！為此，我國組織興建了位于河北省張家口市懷來縣的火星著陸綜合試驗場，而武船集團重裝公司也積極參與了試驗場的建設(shè)工作，并于2019年7月榮獲中國航天科技集團有限公司第五研究院、北京空間機電研究所聯(lián)合頒發(fā)的“火星著陸綜合試驗場建設(shè)突出貢獻單位”！
▲武船集團重裝公司榮獲“火星著陸綜合試驗場建設(shè)突出貢獻單位”
▲武船集團重裝公司火星著陸綜合試驗場建設(shè)施工項目總指揮雷洪洲榮獲“火星著陸綜合試驗場建設(shè)突出貢獻個人”
中國火星探測的航天之路
2011年，中國國家航天局與俄羅斯聯(lián)邦航天局展開合作，發(fā)射了我國火星探測計劃中的第一顆火星探測器“螢火一號”，同年11月9日，俄媒稱，搭載“螢火一號”的“福布斯-土壤”探測器未能按計劃變軌，導致我國火星探測計劃暫時擱置。
2016年1月11日，中國正式批復首次火星探測任務，中國火星探測任務正式立項。
2019年10月11日，中國火星探測器首次公開亮相，暫命名為“火星一號”，并計劃于2020年7月發(fā)射。
▲火星（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
據(jù)了解，迄今為止人類總共向火星發(fā)射了45個探測器，但成功的只有18個，成功率僅有40%。就目前在火星執(zhí)行任務的8個探測器歸屬來看，美國在火星探測方面走在了前列。
而此次，中國“火星一號”探測器若能在2021年圓滿完成“繞、落、巡”三大任務，不僅是為中國共產(chǎn)黨“建黨一百周年”獻禮，更意味著中國從航天大國向航天強國事業(yè)的發(fā)展，向前邁進了一大步！
綜合試驗場的建設(shè)之路
2018年7月18日，武船集團重裝公司正式簽訂火星著陸綜合試驗場建造合同，主要負責“火星一號”著陸器著陸試驗過程中，“快隨系統(tǒng)”的施工工作。重裝公司黨委高度重視，第一時間成立了項目部和項目臨時黨支部，并委派經(jīng)驗豐富的重裝公司機電車間副主任雷洪洲擔任此次火星著陸綜合試驗場建設(shè)施工單位總指揮。
據(jù)雷洪洲介紹，“快隨系統(tǒng)”是一套在著陸試驗過程中緊緊跟隨“火星一號”著陸器運動，并輔助其完成試驗的重要裝置。它主要由“隨動盤”、鋼絲絞車牽引設(shè)備和部分電氣機械設(shè)備組成，可以在地球上模擬出類似火星（三分之一地心引力）的低重力環(huán)境，同時記錄試驗過程中“火星一號”著陸器的運動軌跡和相關(guān)數(shù)據(jù)。試驗人員通過對該系統(tǒng)所收集到的試驗數(shù)據(jù)進行有效分析，不斷優(yōu)化調(diào)整著陸器相關(guān)飛行參數(shù)，可最大程度上確保著陸器穿越火星大氣軟著陸后的萬無一失。“隨動盤”則是“快隨系統(tǒng)”的核心組成部分，
2018年9月，武船集團重裝公司廟山基地內(nèi)場，“快隨系統(tǒng)”配套設(shè)備設(shè)施及零部件的制造、發(fā)運工作全面鋪開。
“為了確保著陸試驗能夠按計劃期限順利進行，武船集團重裝公司項目部在武漢、懷來兩地同時開工。一方面進行‘隨動盤’的制造和發(fā)運工作；另一方面進行鋼絲、絞車、導向輪組等配套電氣設(shè)備、設(shè)施的制造和安裝工作。”雷洪洲說道：“試驗場址設(shè)立在丘陵環(huán)繞的腹地中心，那兒矗立著6個圍成圓形的140米高鋼結(jié)構(gòu)塔架。我們的施工人員需要克服強烈的心理恐懼，借助建筑吊籃上升至百米甚至更高的區(qū)域，進行導向輪組、鋼絲等設(shè)備的裝焊作業(yè)。”
除此之外，施工現(xiàn)場強烈的紫外線、日夜的零下低溫、高空作業(yè)時常遭遇的7-8級大風，同樣為試驗場的建設(shè)增加了難度。
▲建筑吊籃高空作業(yè)
2019年6月，試驗場6個鋼結(jié)構(gòu)塔架拔地而起，與之相匹配的共18套絞車設(shè)備、36根鋼絲和700余組（高空500余組、近地200余組）導向輪，以及相關(guān)配套電纜、電氣設(shè)備設(shè)施的安裝工作接近尾聲，待“隨動盤”運到，便可以開始進行總裝和調(diào)試工作。
2019年7月初，“隨動盤”在武船集團重裝公司廟山基地順利完成組裝及檢測實驗，并立即拆分裝箱發(fā)往懷來。“隨動盤”上安裝的導軌平面度公差達到0.1mm、平行度公差達到0.15mm ，各項檢測數(shù)據(jù)滿足工藝精度及試驗要求。
2019年7月13日，雷洪洲帶領(lǐng)遠在懷來的項目施工團隊不負眾望，順利完成了“快隨系統(tǒng)”的總裝和調(diào)試工作。
至此，試驗場該項目建設(shè)基本結(jié)束。
著陸器試驗的保障之路
2019年8月底，“快隨系統(tǒng)”在經(jīng)歷了幾次調(diào)試及多日的保養(yǎng)后，終于迎來了它的“新娘”?C?C“火星一號”著陸器。
“配對”成功后，“快隨系統(tǒng)”牽引著陸器的“小手”緩緩升上半空，著陸試驗正式開始！
▲模擬試驗現(xiàn)場調(diào)試
整個試驗過程為期一個多月，卻并非大家想象中的一帆風順。
期間，最麻煩的，是 “隨動盤”在下降一定高度后，與之相連的部分近地電纜在地面拖行摩擦，經(jīng)與航天五院設(shè)計部門溝通后，將原來固定在離地7m處的一組導向輪，變更裝焊至離地21m，隨之而來的是電纜與鋼絲繩重新敷設(shè)和調(diào)試的大量工作，可謂牽一發(fā)而動全身。
最驚險的，是在試驗過程中，離地84m的一個導向輪，因高空風力過大，導致結(jié)構(gòu)受力不均，便隨著鋼絲脫槽而出，項目臨時黨支部的小伙不得不連夜進行“高空鋼管行走”安裝作業(yè)，以確保第二天試驗的正常進行。
最緊急的，是在著陸器剛剛加注燃料完畢后，發(fā)現(xiàn)“隨動系統(tǒng)”導軌滑塊其中4塊，因磨損嚴重而達不到試驗精度要求，急需更換。由于加注燃料的特殊性，形勢逐步上升為“箭在弦上，不得不發(fā)”的境地！而該類型滑塊原本應用于高精度機床，需要進口，短時間內(nèi)根本無法到貨。雷洪洲懷揣著最后一絲希望，發(fā)動項目部全體成員的力量多方聯(lián)系，終于打探到青島一家機床廠正好僅有一組存貨！當天晚上雷洪洲便組織專車從試驗場出發(fā)提貨，次日中午嶄新的滑塊便已在“快隨系統(tǒng)”安裝完成！
滑塊剛剛安裝到位，航天五院領(lǐng)導便上前一步，緊緊握住雷洪洲滿是油膩的雙手，激動地說：“今天，我才真正算是見識到了‘武船速度’！”
“武船人”克難的艱辛之路
▲絞車房設(shè)備安裝
“我們當時租住在附近村民家中，雖然每天洗澡都成問題，但最辛苦的還是配套設(shè)備的安裝定位工作。由于每個高塔旁用于安裝絞車設(shè)備的房間都是提前新建的，但未考慮設(shè)備基座定位安裝的問題，所以設(shè)備基座只能靠人力和簡易工具，一寸一寸的挪進去，再定位安裝。”
現(xiàn)場施工鉗工項目負責人馬曉東回憶道：
“高空作業(yè)時，常遭遇7-8級的大風，并夾雜著沙塵，吹得大家與建筑吊籃左右搖擺，還睜不開眼。出于項目施工安全考慮，只要風力降至3-4級，我們便隨時準備與‘時間賽跑’，搶抓高空作業(yè)。”
▲絞車房設(shè)備安裝調(diào)試
“‘隨動盤’主要分為三層兩大部件：一是快速隨動平臺，它是一個直徑約11米、厚度約1.9米的近圓盤形空間桁架結(jié)構(gòu)；二是隨動平臺下表面安裝的快速水平隨動驅(qū)動系統(tǒng)，它由上層Y軸隨動單元和下層Z軸隨動單元組成（此處X軸負方向為垂線方向），是確保‘隨動盤’與著陸器在實驗過程中，二者空中姿態(tài)‘步調(diào)一致’的關(guān)鍵所在。”
該項目工藝負責人劉亮成介紹說：
“‘隨動盤’的制造比我們預想的要困難許多，特別是快速隨動平臺，由于它的三層平面上均要安裝軌道和配套滑塊，且軌道安裝精度要求極高，現(xiàn)有的數(shù)控落地鏜床很難滿足加工精度需求。最后，我們決定采用多次拼裝、多次加工，再立裝到落地鏜床上，一次裝卡加工兩條軌道面，減少進刀量，特別是最后一次加工進刀量的方法，才確保了快速隨動平臺的總裝精度。”
▲“隨動盤”總組安裝圖
“Y軸隨動單元的鋁合金鋼箱梁結(jié)構(gòu)和下層Z軸隨動單元的鋁合金底座裝焊工作，才是最令人頭疼的！”
焊接項目負責人張新國說道：
“我們歷經(jīng)了快兩個月的焊接試驗，才找到6061-T6型鋁合金焊材焊接的一點點門道！我們初次焊接該材質(zhì)時，探傷顯示焊縫內(nèi)氣泡太多，為了消除這些氣泡，我們曾多次向公司總部焊接技能大師工作室、中航工業(yè)成飛等知名單位的電焊師傅們虛心求教，但他們也并未完全解決。”
“后來，我們開始嘗試‘花樣百出’的焊接思路。換上最好的氬弧焊機、最好的焊絲、最純的氬氣，焊接前先用電熱板‘暖暖’（對型材進行預熱），夜間房間里施焊（保證周圍環(huán)境清潔），一層一層打底，每一層都要拿放大鏡仔細檢查，有細微孔洞之處就小心磨平或敲掉重焊……40mm厚的型材，層層疊疊幾十道焊，每一道我們都相互把關(guān)、慎之又慎，這才確保了構(gòu)件順利裝焊完成并通過驗收。我們唯一覺得不甘心的是，探傷仍存在一些細小氣泡，我們會在今后的工作中努力改進焊接方法，進一步完善我們現(xiàn)有的焊接工藝。”
2019年11月14日，在中國火星探測器首次公開亮相后，來自19個國家的外賓蒞臨火星著陸綜合試驗場，共同見證了“火星一號”著陸器懸停避障試驗首秀的成功！
在我們共同預祝2021年中國火星探測取得圓滿成功，預祝中國航天事業(yè)實現(xiàn)“三級跳”跨越式發(fā)展的同時，請不要忘記還有這樣一群“武船人”不忘堅守初心、牢記使命，曾用匠心為中國航天筑夢！