长征七号火箭可靠性达国际领先水平

△ 长征七号火箭

　　6月25日，长征七号运载火箭（以下简称“长七”火箭）成功首飞，打赢了我国载人航天工程空间实验室任务的首战。长七火箭的首飞成功与高可靠性紧密相关，它的可靠性设计指标高达0.98，达到国际领先水平。
　　长七火箭安全可靠性主任设计师李文钊介绍：“长七火箭是我国新一代中型运载火箭的基本型，未来将承担我国载人航天工程的相关任务，因此，中国运载火箭技术研究院（以下简称‘火箭院’）对标国际先进运载火箭，将长七火箭飞行可靠性设计指标定为0.98。”
　　李文钊说：“全箭0.98的可靠性指标是进一步分配到各个分系统去实现和验证的。譬如，分配给控制系统的可靠性是0.998，分配给分离系统的可靠性是0.999……这些分系统的可靠性相乘就得出了火箭总体的可靠性。而各个分系统的可靠性指标又进一步分配到组成系统的产品。因此，全箭可靠性要达到0.98，箭上设备、组件的可靠性就要达到0.9999，甚至更高。提高全箭设备、组件可靠性的广度、难度可想而知。”
　　那么，长七火箭如何达到这么高的设计可靠性呢？李文钊给记者说了一个加法算式——“2+9+2”。
　　“第一个‘2’是‘两个F’，即故障模式影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）。故障模式影响分析包括许多内容，如其中的‘单点失效分析’要识别出一旦其发生就会导致飞行失败的故障模式，并明确控制措施。”李文钊说：“故障树分析则是将预想的故障事件按系统层级逐层向下梳理，从一个‘顶事件’逐级分析出‘底事件’。这样就可以刨根问底地发现薄弱环节。通过‘两个F’找出弱点并予以改进，就可以提高可靠性，规避风险。”
　　“‘9’是指‘可靠性设计9要素’，包括元器件与原材料选用、环境适应性、冗余、裕度、降额、防差错等要素。为此，我们专门把火箭各系统经验丰富的老专家请来，让他们把自己在以往型号设计时遇到的问题、规避风险的方法、成功的经验、失败的教训总结出来，形成《可靠性九要素设计指南》，从而为长七火箭可靠性设计‘排雷避险’、指明方向。”李文钊说：“在9要素的指导下，设计人员在设计时预先留出了裕度，如气瓶在工作时只需承受35兆帕压力，而在设计时要求能够承受70兆帕压力。对于电子元器件则采用了降额的方法，如有的元器件额定工作电压是12伏，那就在设计时只给它输入8伏左右。对于影响安全和成败的关键部分，则采用了冗余（即备份）的方法，如保持贮箱内部压力稳定的增压系统，其测量箱压的传感器和控制增压的电磁阀有多套；像控制系统这样的关键系统，实现了系统级冗余，相当于给长七火箭装了几套‘眼睛’、‘大脑’和‘中枢神经’。同时，一系列新技术的采用也使得火箭的可靠性大幅提高。譬如，长七火箭采用总线控制技术，使箭上的信号传递由模拟信号迈向数字信号，让信号传递更精准、更可靠；增加了自我检测功能，以前给火箭检测就像给婴儿体检，火箭自己不会‘说’，现在就像给成人体检，火箭哪‘不舒服’会主动‘说’出来，从而有效避免‘带病出厂’、‘带病上天’。”
　　“不过，再好的设计也要靠试验来验证。这就得靠最后一个‘2’——可靠性强化试验和可靠性增长试验。可靠性强化试验主要采用‘拉偏’、‘加严’的方法，快速暴露薄弱环节，摸清产品裕度。可靠性增长试验则是根据产品的可靠性指标，通过大量地面试验，验证各产品是否能达到设计指标。可靠性增长试验投入很大，但却能以最有效的方式检验可靠性，让各方放心。”
　　“除此之外，在长七火箭的研制、总装、出厂测试、运输、发射场测试、发射等方面也充分继承了以往型号的成功做法，并采用了一系列技术革新，保证了火箭全生命周期的可靠性。正是在各系统、各部门人员的齐心协力下，通过规范的工作和有效的方法，长七火箭首飞才能圆满成功，为我国航天事业创新发展奠定了稳固的基石。”李文钊说。