據(jù)中國空間技術(shù)研究院空間科學(xué)與深空探測首席科學(xué)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(gè)任務(wù)的壯舉！
當(dāng)前計(jì)劃顯示，我國將在火星探測過程中實(shí)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(jìn)入太空后，將環(huán)繞火星預(yù)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(wù)，而著陸巡視器則降落至火星表面執(zhí)行巡察任務(wù)。（著陸巡視器以下簡稱“著陸器”）
▲中國第一個(gè)火星探測器（著陸巡視器）外觀設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)安全著陸，便成了2020年中國火星探測任務(wù)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(yàn)場，而武船集團(tuán)重裝公司也積極參與了試驗(yàn)場的建設(shè)工作，并于2019年7月榮獲中國航天科技集團(tuán)有限公司第五研究院、北京空間機(jī)電研究所聯(lián)合頒發(fā)的“火星著陸綜合試驗(yàn)場建設(shè)突出貢獻(xiàn)單位”！
▲武船集團(tuán)重裝公司榮獲“火星著陸綜合試驗(yàn)場建設(shè)突出貢獻(xiàn)單位”
▲武船集團(tuán)重裝公司火星著陸綜合試驗(yàn)場建設(shè)施工項(xiàng)目總指揮雷洪洲榮獲“火星著陸綜合試驗(yàn)場建設(shè)突出貢獻(xiàn)個(gè)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(jì)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(jì)劃變軌，導(dǎo)致我國火星探測計(jì)劃暫時(shí)擱置。
2016年1月11日，中國正式批復(fù)首次火星探測任務(wù)，中國火星探測任務(wù)正式立項(xiàng)。
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(jì)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(gè)探測器，但成功的只有18個(gè)，成功率僅有40%。就目前在火星執(zhí)行任務(wù)的8個(gè)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(wù)，不僅是為中國共產(chǎn)黨“建黨一百周年”獻(xiàn)禮，更意味著中國從航天大國向航天強(qiáng)國事業(yè)的發(fā)展，向前邁進(jìn)了一大步！
綜合試驗(yàn)場的建設(shè)之路
2018年7月18日，武船集團(tuán)重裝公司正式簽訂火星著陸綜合試驗(yàn)場建造合同，主要負(fù)責(zé)“火星一號”著陸器著陸試驗(yàn)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(shí)間成立了項(xiàng)目部和項(xiàng)目臨時(shí)黨支部，并委派經(jīng)驗(yàn)豐富的重裝公司機(jī)電車間副主任雷洪洲擔(dān)任此次火星著陸綜合試驗(yàn)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(yàn)過程中緊緊跟隨“火星一號”著陸器運(yùn)動(dòng)，并輔助其完成試驗(yàn)的重要裝置。它主要由“隨動(dòng)盤”、鋼絲絞車牽引設(shè)備和部分電氣機(jī)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(shí)記錄試驗(yàn)過程中“火星一號”著陸器的運(yùn)動(dòng)軌跡和相關(guān)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)人員通過對該系統(tǒng)所收集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)盤”則是“快隨系統(tǒng)”的核心組成部分，
2018年9月，武船集團(tuán)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(yùn)工作全面鋪開。
“為了確保著陸試驗(yàn)?zāi)軌虬从?jì)劃期限順利進(jìn)行，武船集團(tuán)重裝公司項(xiàng)目部在武漢、懷來兩地同時(shí)開工。一方面進(jìn)行‘隨動(dòng)盤’的制造和發(fā)運(yùn)工作；另一方面進(jìn)行鋼絲、絞車、導(dǎo)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(yàn)場址設(shè)立在丘陵環(huán)繞的腹地中心，那兒矗立著6個(gè)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(qiáng)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(jìn)行導(dǎo)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(qiáng)烈的紫外線、日夜的零下低溫、高空作業(yè)時(shí)常遭遇的7-8級大風(fēng)，同樣為試驗(yàn)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(yàn)場6個(gè)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(dǎo)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(dòng)盤”運(yùn)到，便可以開始進(jìn)行總裝和調(diào)試工作。
2019年7月初，“隨動(dòng)盤”在武船集團(tuán)重裝公司廟山基地順利完成組裝及檢測實(shí)驗(yàn)，并立即拆分裝箱發(fā)往懷來。“隨動(dòng)盤”上安裝的導(dǎo)軌平面度公差達(dá)到0.1mm、平行度公差達(dá)到0.15mm ，各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)滿足工藝精度及試驗(yàn)要求。
2019年7月13日，雷洪洲帶領(lǐng)遠(yuǎn)在懷來的項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)不負(fù)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(yàn)場該項(xiàng)目建設(shè)基本結(jié)束。
著陸器試驗(yàn)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(yàn)正式開始！
▲模擬試驗(yàn)現(xiàn)場調(diào)試
整個(gè)試驗(yàn)過程為期一個(gè)多月，卻并非大家想象中的一帆風(fēng)順。
期間，最麻煩的，是 “隨動(dòng)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(jì)部門溝通后，將原來固定在離地7m處的一組導(dǎo)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(dòng)全身。
最驚險(xiǎn)的，是在試驗(yàn)過程中，離地84m的一個(gè)導(dǎo)向輪，因高空風(fēng)力過大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均，便隨著鋼絲脫槽而出，項(xiàng)目臨時(shí)黨支部的小伙不得不連夜進(jìn)行“高空鋼管行走”安裝作業(yè)，以確保第二天試驗(yàn)的正常進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)”導(dǎo)軌滑塊其中4塊，因磨損嚴(yán)重而達(dá)不到試驗(yàn)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(yīng)用于高精度機(jī)床，需要進(jìn)口，短時(shí)間內(nèi)根本無法到貨。雷洪洲懷揣著最后一絲希望，發(fā)動(dòng)項(xiàng)目部全體成員的力量多方聯(lián)系，終于打探到青島一家機(jī)床廠正好僅有一組存貨！當(dāng)天晚上雷洪洲便組織專車從試驗(yàn)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(dǎo)便上前一步，緊緊握住雷洪洲滿是油膩的雙手，激動(dòng)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(dāng)時(shí)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(gè)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(jìn)去，再定位安裝。”
現(xiàn)場施工鉗工項(xiàng)目負(fù)責(zé)人馬曉東回憶道：
“高空作業(yè)時(shí)，常遭遇7-8級的大風(fēng)，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(xiàng)目施工安全考慮，只要風(fēng)力降至3-4級，我們便隨時(shí)準(zhǔn)備與‘時(shí)間賽跑’，搶抓高空作業(yè)。”
▲絞車房設(shè)備安裝調(diào)試
“‘隨動(dòng)盤’主要分為三層兩大部件：一是快速隨動(dòng)平臺，它是一個(gè)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(dòng)平臺下表面安裝的快速水平隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它由上層Y軸隨動(dòng)單元和下層Z軸隨動(dòng)單元組成（此處X軸負(fù)方向?yàn)榇咕€方向），是確保‘隨動(dòng)盤’與著陸器在實(shí)驗(yàn)過程中，二者空中姿態(tài)‘步調(diào)一致’的關(guān)鍵所在。”
該項(xiàng)目工藝負(fù)責(zé)人劉亮成介紹說：
“‘隨動(dòng)盤’的制造比我們預(yù)想的要困難許多，特別是快速隨動(dòng)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(jìn)刀量，特別是最后一次加工進(jìn)刀量的方法，才確保了快速隨動(dòng)平臺的總裝精度。”
▲“隨動(dòng)盤”總組安裝圖
“Y軸隨動(dòng)單元的鋁合金鋼箱梁結(jié)構(gòu)和下層Z軸隨動(dòng)單元的鋁合金底座裝焊工作，才是最令人頭疼的！”
焊接項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張新國說道：
“我們歷經(jīng)了快兩個(gè)月的焊接試驗(yàn)，才找到6061-T6型鋁合金焊材焊接的一點(diǎn)點(diǎn)門道！我們初次焊接該材質(zhì)時(shí)，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(jī)、最好的焊絲、最純的氬氣，焊接前先用電熱板‘暖暖’（對型材進(jìn)行預(yù)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(xì)檢查，有細(xì)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(yàn)收。我們唯一覺得不甘心的是，探傷仍存在一些細(xì)小氣泡，我們會在今后的工作中努力改進(jìn)焊接方法，進(jìn)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(gè)國家的外賓蒞臨火星著陸綜合試驗(yàn)場，共同見證了“火星一號”著陸器懸停避障試驗(yàn)首秀的成功！
在我們共同預(yù)祝2021年中國火星探測取得圓滿成功，預(yù)祝中國航天事業(yè)實(shí)現(xiàn)“三級跳”跨越式發(fā)展的同時(shí)，請不要忘記還有這樣一群“武船人”不忘堅(jiān)守初心、牢記使命，曾用匠心為中國航天筑夢！