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界面资讯记者 |刘素楠
界面资讯编辑 |彭朋
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近日(ri)，界面资讯从上海空间推进研究所获悉，该所研制的第三代490牛发动机，已达到国际先进水平。
2004年1月23日(ri)，我国首次月球探测工程正式立项(xiang)，开启了我国月球与(yu)深空探测事业的辉(hui)煌征程。二十多年来(lai)，上海团队(dui)一直是(shi)我国深空探测的重要(yao)力量。
上海空间推进研究所隶属于中国航(hang)天科技集团有限企业航(hang)天推进技术(shu)研究院，从1965年开始从事航(hang)天型号推进系统(tong)的研制工作，是(shi)国内唯一从事空间姿、轨(gui)控(kong)推进系统(tong)及组件研制，集产品设计、生产、试验与(yu)靶场服务于一体的专业研究所。
推进系统(tong)被(bei)称为航(hang)天领(ling)域国之重器的“心脏”。长期以来(lai)，航(hang)天技术(shu)仅仅掌(zhang)握在少数几个国家手中。从零开始，是(shi)上世纪航(hang)天科技人员普遍(bian)面临的挑战，上海空间推进研究所成为了空间推进领(ling)域的技术(shu)破壁者。
“让我感到自豪的是(shi)，大家参与(yu)研制的490牛发动机不仅成了所里的金(jin)牌(pai)产品，也(ye)成为我国航(hang)天领(ling)域的金(jin)牌(pai)产品。” 上海空间推进研究所特级技师、高级工程师王(wang)志江对界面资讯表示。
据研究所副所长王(wang)小波先容，研究所目前有从业人员1200余人，其中，技能工人占比27.8%。而这部分技能人员，正是(shi)研究所承(cheng)担的航(hang)天工程产品从蓝(lan)图到苍穹“最后一公里”的实行者，其价值更在于将工程可能性转(zhuan)化为现(xian)实可靠性。王(wang)志江正是(shi)其中的代表，作为液体火箭发动机头部及推力室(shi)关键零部件组合加工的技能专家，他是(shi)许多人口中的“王(wang)大师”。
1997年，王(wang)志江进入上海空间推进研究所，跟随师傅(fu)学习航(hang)天发动机的加工技艺，那时由于缺(que)乏精加工机械，普通机床的刀具都(dou)要(yao)靠技师手工打磨。其师傅(fu)所生产的第一代490牛发动机，正是(shi)嫦娥一号月球探测器的主要(yao)动力产品，也(ye)是(shi)我国第一台液体远(yuan)地点轨(gui)控(kong)发动机，被(bei)广泛应用于航(hang)天器远(yuan)地点机动入轨(gui)或为其他轨(gui)道机动提供动力。1994-2021年间，上海空间推进研究所历时12年、自主设计生产的第一代490牛发动机累计成功完成51颗航(hang)天器的变轨(gui)飞行任务，飞行成功率达100%，被(bei)誉(yu)为“金(jin)牌(pai)发动机”。
王(wang)志江在完成神舟(zhou)十二号载人飞船返回(hui)舱着(zhe)陆任务后与(yu)返回(hui)舱合影(ying)。受访者供图
而上海团队(dui)的突破，仍在一次次重塑大国空天竞争格局。
“第一代490牛发动机真空比冲为304.7秒，曾经成为制约我国航(hang)天器寿命上台阶的技术(shu)瓶颈，因此开展了基于铌合金(jin)材料的高性能第二代490牛发动机研制工作，比冲提高10秒。”上海空间推进研究所2020年发布(bu)的一篇(pian)论文指出。
比冲是(shi)衡(heng)量航(hang)天推动器的关键性指标之一，单(dan)位以秒来(lai)计算，通常指一公斤燃料持续提供某个推力的时间。时间越长，意味着(zhe)发动机效率越高，能够节省(sheng)大量燃料，延长使用寿命。
据报(bao)道，在第二代490牛发动机立项(xiang)之初，研制团队(dui)为了解决材料烧蚀问题，远(yuan)赴北京、西安、宁夏、昆明等地调(diao)研，翻译整理文献资料200余份，出具了多版设计方案，高强度的点火试车更是(shi)家常便饭，往往一做就要(yao)一天一夜。
王(wang)志江团队(dui)是(shi)将航(hang)天设计师的图纸变为现(xian)实产品的关键一环。为了解决新材料的加工问题，团队(dui)在不同材质工具和不同加工方法中反复尝(chang)试，逐步摸索掌(zhang)握稀(xi)有金(jin)属的加工技术(shu)。
目前，上海空间推进研究所研制的第三代490牛发动机，已通过25000秒长寿命高空模拟热试车考核，真空比冲达325秒，达到国际先进水平。
王(wang)志江技能团队(dui)的重要(yao)性，不止(zhi)体现(xian)在这一个项(xiang)目上。
“1.5吨(dun)发动机是(shi)大家团队(dui)耗时最长的一个项(xiang)目，大家都(dou)开玩笑说它是(shi)‘机械加工的天花板(ban)’。”王(wang)志江举起(qi)一个银色的喷注(zhu)器盘(pan)先容道。这个产品涉及车铣刨磨钳等多个工种，而几乎每个工种都(dou)遭遇到不同的挑战。
这个喷注(zhu)器盘(pan)共有近千个大小不一、孔径小于1毫米的微小孔。王(wang)志江说，这些微小孔的大小、深度、角度和距(ju)离，事关燃料的喷注(zhu)效率，需要(yao)精工制造。
最小孔径仅0.3毫米，深度却有9毫米，深径比达到30，这给机械加工制造了难题——其难度不仅在于刀具细长、强度低，易发生刀具偏(pian)斜，且散(san)热困难，排屑不易，一旦刀具在里面折断(duan)，整个产品就会报(bao)废。最终，团队(dui)花费两年时间成功攻克这一系列难题，以往加工一个喷注(zhu)器盘(pan)要(yao)耗时2个月，现(xian)在仅需15天。
如今，王(wang)志江团队(dui)探索的浮动研磨技术(shu)、“单(dan)径变速”微小孔加工技术(shu)、新型组合车削技术(shu)、钛合金(jin)超薄壁加工技术(shu)等多项(xiang)技术(shu)成果都(dou)已先后在载人飞船、货运(yun)飞船、月球及火星探测器、卫星等航(hang)天器生产中广泛应用，效果显(xian)著。
王(wang)志江团队(dui)现(xian)场实操讨论（右二为王(wang)志江）。受访者供图
据王(wang)小波先容，自1965年建所至今，研究所共研制生产了近百种大、中、小液体火箭发动机及空间推进系统(tong)，掌(zhang)握了一批空间推进领(ling)域核心技术(shu)，形成了从毫牛级推力到1.5吨(dun)级推力的发动机型谱，多类空间推进系统(tong)已达到或接近国际先进水平。
咨询企业MarketsandMarkets发布(bu)的《空间推进系统(tong)市(shi)场报(bao)告2023》（《Space Propulsion Systems Market Report 2023》）预(yu)测，预(yu)计到2027年该市(shi)场将达到171.5亿美金，复合年增长率为15.4%。2022年北美是(shi)空间推进系统(tong)最大的市(shi)场，而亚太市(shi)场增长最快。
上海空间推进研究所除(chu)承(cheng)担着(zhe)国家重大工程任务外，也(ye)正在加快商业航(hang)天产业化发展，首次承(cheng)接了太空飞船商业项(xiang)目，商业卫星霍尔(er)电推进产品还荣获上海市(shi)国防科技工业协会“高新技术(shu)成果创(chuang)新奖”。
空天产业需求正在爆发，上海空间推进研究所如何应对规(gui)模化需求？
王(wang)小波对界面资讯表示，在生产端，研究所将聚焦精密机械加工等核心业务，持续加大硬件设备投入和技能人才(cai)培养(yang)力度，以卓越产品行动和单(dan)元经营模式实践积极(ji)推动经营模式转(zhuan)型。而在设计端，研究所以“数字世界多次迭(die)代，物理世界一次成功”为理念，充分利用仿真和数字化的手段，争取实现(xian)“一次设计成功”，进而提高研制质量和效率。同时，研究所也(ye)正以更为积极(ji)开放的姿态(tai)瞄准AI赋能，广泛调(diao)研、加速推进人工智能的应用。