羅 克，馮 雷

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094）

0 引言

在以“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器、“神舟八號(hào)”飛船為代表的載人航天型號(hào)的全周期研制過(guò)程中，危險(xiǎn)性最大、作業(yè)交叉最多的工作環(huán)節(jié)為航天器推進(jìn)劑加注環(huán)節(jié)。在發(fā)射場(chǎng)工作流程中，航天器推進(jìn)劑加注階段涉及飛船系統(tǒng)、火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)等多個(gè)分系統(tǒng)的協(xié)作配合，包括整器（船）的轉(zhuǎn)運(yùn)至加注廠房、吊裝上加注平臺(tái)、氧化劑和燃燒劑加注、器（船）箭分離包帶的安裝和檢測(cè)、推進(jìn)劑泄漏濃度監(jiān)測(cè)、器（船）上高壓氣瓶充氣和補(bǔ)氣、扣整流罩、轉(zhuǎn)運(yùn)至垂直測(cè)試廠房等一系列關(guān)鍵工序，是載人航天器穿上“嫁衣”、準(zhǔn)備飛天前的最后也是最關(guān)鍵的一步。以“神舟八號(hào)”飛船為例：需加注燃料的部位包括返回艙推進(jìn)子系統(tǒng)、推進(jìn)艙推進(jìn)子系統(tǒng)兩部分，其中返回艙推進(jìn)子系統(tǒng)加注無(wú)水肼[1]，推進(jìn)艙推進(jìn)子系統(tǒng)加注四氧化二氮[2]和一甲基肼[3]。3種燃料均屬于危險(xiǎn)化學(xué)品范疇，具有易燃、高毒、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，其儲(chǔ)存、加注、加注后狀態(tài)監(jiān)控等工作項(xiàng)目均蘊(yùn)含著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

推進(jìn)劑加注階段涉及到劇毒燃料的加注、十幾米高空的總裝操作、正樣包帶分離解鎖、整流罩的火工品安裝測(cè)試[4]、高壓氣體（包括易爆氣體）操作等一系列高危作業(yè)環(huán)節(jié)，因此，絕對(duì)的安全控制是此階段的核心工作；萬(wàn)無(wú)一失的安全績(jī)效是此階段的首要目標(biāo)。

為確保我國(guó)首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)載人航天器加注工作的圓滿成功，發(fā)射場(chǎng)啟用了新建成的加注廠房。該廠房的設(shè)計(jì)和建設(shè)采用了以酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心為總體，中國(guó)空間技術(shù)研究院、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院等使用單位全程參與設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收的模式，其設(shè)計(jì)在總結(jié)以往“神舟”系列飛船加注階段工作經(jīng)驗(yàn)、吸收原有加注廠房和其他發(fā)射場(chǎng)加注廠房的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了原廠房存在的不足，全面提升了加注工作的本質(zhì)安全度。

1 原加注作業(yè)配套設(shè)施存在的不足

從1999年我國(guó)第一艘無(wú)人試驗(yàn)飛船到“神舟七號(hào)”載人飛船的成功發(fā)射，一直使用酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的老配套加注廠房，由于當(dāng)時(shí)對(duì)飛船研制過(guò)程中危險(xiǎn)源辨識(shí)不到位、配套設(shè)備技術(shù)水準(zhǔn)不高等原因，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)原廠房及配套設(shè)備存在很多缺陷，為加注工作的順利完成造成一定困難，也帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 載人航天器的作業(yè)空間狹小

原廠房設(shè)計(jì)的飛船總裝吊裝工位、寬度僅夠飛船轉(zhuǎn)運(yùn)車進(jìn)出，當(dāng)摘掛吊具等操作涉及多部升降車同時(shí)高空作業(yè)時(shí)，升降車只能預(yù)先定位、緊貼墻角，整車位姿無(wú)法自由調(diào)整，給作業(yè)帶來(lái)了很大不便，作業(yè)人員的人身安全控制難度極大。此外，不僅作為產(chǎn)品作業(yè)核心場(chǎng)地的加注廠房、扣罩廠房狹小，而且氧化劑和燃燒劑的加注間、貯存間也不能滿足設(shè)備擺放到位、管路合理鋪設(shè)和人員安全操作并舉的工作安全需求，有的房間有效使用面積不足5 m2，作業(yè)人員在復(fù)雜的設(shè)備和管路之間操作，連站立都十分困難，造成了難以避免的安全隱患[5]。

1.2 加注工位與扣罩工位分離，增加高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

在航天器總裝工藝流程中，整器級(jí)別的吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)因其體積龐大、外形尺寸不規(guī)則、作業(yè)對(duì)象重要性強(qiáng)等原因，危險(xiǎn)性高、重要性強(qiáng)，一直是極受重視的關(guān)鍵安全控制點(diǎn)。而原加注廠房采用的加注工位與扣罩工位分開的布局方式，飛船要在兩個(gè)工位之間進(jìn)行反復(fù)的吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)，增加了多個(gè)吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)環(huán)節(jié)；且由于廠房狹小，必須采用氣墊車轉(zhuǎn)運(yùn)的方法解決運(yùn)輸困難，因此氣墊車要在兩個(gè)工位之間來(lái)回走“之”字形曲折運(yùn)行，更增加了吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，還暴露出了氣墊車存在的嚴(yán)重缺陷：由于原廠房地面是水磨石加銅條鋪就，這種地面在建筑物地基下沉、地震等情況下，會(huì)出現(xiàn)微小裂紋，在氣墊車強(qiáng)大氣流沖擊和整船高達(dá) 8 t以上重量的擠壓下，裂縫迅速擴(kuò)大，沙粒、水泥微粒飛濺，對(duì)潔凈廠房環(huán)境帶來(lái)巨大的污染，從而帶來(lái)船上敏感器件受污染的風(fēng)險(xiǎn)。更甚者由于沙粒與氣墊摩擦，造成氣墊磨損爆裂，帶來(lái)整船傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，直接威脅到整船安全和作業(yè)人員安全。在以往“神舟”系列飛船的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)因更換氣墊，致使飛船發(fā)射場(chǎng)工作流程暫停的事件。此后飛船分系統(tǒng)不得不投入大量資金和人力在氣墊車的養(yǎng)護(hù)上，造成了不小的浪費(fèi)。氣墊轉(zhuǎn)運(yùn)車對(duì)地面水平度有較高要求，但由于原加注廠房地基下沉等原因，地面凸凹不平。在氣墊車運(yùn)行中，氣墊中的高壓空氣有時(shí)會(huì)突然泄漏，出現(xiàn)“放炮”現(xiàn)象，給飛船帶來(lái)沖擊。而且氣墊中的壓力一旦泄漏，氣墊車就無(wú)法運(yùn)行，導(dǎo)致反復(fù)充氣、調(diào)整，重復(fù)作業(yè)增多，參與氣墊車轉(zhuǎn)運(yùn)的作業(yè)人員“深受其累”。

1.3 安全保障條件不充分

原加注廠房的氧化劑加注間與燃燒劑加注間安全距離不足（小于10 m）；安全通道寬度不足1 m，不符合應(yīng)急逃生的安全要求；房屋與房間嵌套，難于緊急逃逸。通風(fēng)效果不好，加注廢氣不易排除；室內(nèi)環(huán)境溫度控制不足，極易造成燃料非正常揮發(fā)[6]。

2 新加注配套廠房各項(xiàng)功能的改進(jìn)

以確保安全、簡(jiǎn)化流程、降低風(fēng)險(xiǎn)為宗旨，有關(guān)單位針對(duì)首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)，對(duì)原加注廠房存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，提出了新廠房建設(shè)要求。新廠房本質(zhì)安全度全面提高、作業(yè)流程優(yōu)化、儀器設(shè)備改進(jìn)、安全防護(hù)措施完備，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 作業(yè)空間加大，通道暢通

新建的加注中心廠房建筑面積比原廠房增大了4倍，運(yùn)輸通道相當(dāng)于2倍的轉(zhuǎn)運(yùn)車寬度，極大地改善了作業(yè)空間，使得飛船分系統(tǒng)吊裝作業(yè)所使用的3部大型升降車得以靈活地在場(chǎng)地中運(yùn)行，便于作業(yè)人員在高空隨時(shí)調(diào)整位姿，從根本上提高了作業(yè)環(huán)境的安全性。同時(shí)，天宮、飛船轉(zhuǎn)運(yùn)車的牽引模式得到了優(yōu)化，淘汰了原柴油牽引車，采用體積較小的電動(dòng)牽引車，不僅減少了尾氣對(duì)廠房環(huán)境的污染，并且由于電動(dòng)牽引車體積較小，可以靈活調(diào)頭，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)車直接停靠加注工位旁，確保飛船吊裝到加注工位“一步到位”，減少整船吊裝的運(yùn)行位移。廠房的地面采用先進(jìn)的自流平工藝，各類車輛可以平穩(wěn)行駛。

2.2 加注扣罩工位一體化，流程優(yōu)化

新建成的加注廠房改進(jìn)了原廠房加注工位與扣罩工位分離的缺陷，避免了因之帶來(lái)的多次吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)，有效減少了加注階段高危作業(yè)環(huán)節(jié)。整船（器）一次就位后，所有工作以圍繞其高效展開，極大地減少了危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，縮短了作業(yè)時(shí)間。通過(guò)合理設(shè)計(jì)、優(yōu)化流程、工藝改進(jìn)，加注工作階段減少了2次整船（器）吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)，1次扣罩、開罩，所需工時(shí)由原來(lái)的7個(gè)工作日，縮短到4個(gè)工作日；且由于航天器一次就位后到出加注廠房前不再進(jìn)行廠房?jī)?nèi)工位間的轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝作業(yè)，徹底解決了使用轉(zhuǎn)運(yùn)氣墊車造成的一系列問(wèn)題和不利影響。

2.3 安全保障條件全面提升

新加注廠房的整個(gè)建筑群在設(shè)計(jì)上嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，著重考慮了應(yīng)急逃生、人員自救的需求，應(yīng)急通道、逃生門設(shè)計(jì)合理，可滿足廠房?jī)?nèi)所有工作人員快速疏散。該廠房在布局上，非常重視逃逸通道合理布設(shè)及逃逸速度提升，廠房以加注大廳為中心，圍繞大廳而設(shè)的其他功能房間（包括燃料貯存間、加注設(shè)備間、操作間、監(jiān)視間、會(huì)議室等）以輻射的形式分布，每個(gè)方位都配置了逃生門，所有應(yīng)急通道在最合理的位置與廠房?jī)?nèi)主通道相連，一旦緊急撤離，建筑物中的所有人員都可沿著主通道就近尋找逃生門撤離，避免了原加注廠房像迷宮一樣的建筑格局；同時(shí)，大廳的背面直接連接空曠外場(chǎng)，大廳在此處配備了逃生門，便于大廳中人員迅速撤離。

針對(duì)一旦發(fā)生燃料泄漏、人員中毒、受傷，有應(yīng)急救治的需求時(shí)，在大廳布局中，專門劃定出了各類應(yīng)急物質(zhì)存放工位，例如：針對(duì)四氧化二氮對(duì)皮膚的灼傷，準(zhǔn)備了碳酸氫鈉洗消液清洗工位；針對(duì)氧化劑對(duì)眼睛的灼傷，準(zhǔn)備了硼酸洗消液清洗工位，配備了噴口朝上的洗眼器。未雨綢繆，經(jīng)過(guò)加注前安全評(píng)審和檢查，有效避免了以往加注工作前臨時(shí)進(jìn)行應(yīng)急物資準(zhǔn)備帶來(lái)的漏項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)[7]。

此外，建筑中的雨淋系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、電力防爆系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等全部按照防爆要求進(jìn)行配備，氧化劑與燃燒劑的加注間直線距離增大到 30 m，使得兩種推進(jìn)劑能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的物理隔離。

2.4 檢測(cè)、監(jiān)控手段的改進(jìn)

“天宮一號(hào)”、“神舟八號(hào)”加注后采用先進(jìn)的光離子化氣體濃度檢測(cè)儀進(jìn)行推進(jìn)劑泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效提高了監(jiān)控的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。光離子化檢測(cè)儀的原理是用紫外光照射被測(cè)氣體，使分子發(fā)生光電作用來(lái)測(cè)定該氣體含量。該儀器用取樣泵將待測(cè)氣體吸入電離室中，當(dāng)待測(cè)物質(zhì)經(jīng)紫外燈照射，原來(lái)穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)被電離，產(chǎn)生正離子與電子，在電場(chǎng)的作用下形成微弱電流，檢測(cè)該電流的大小，就可知道該物質(zhì)在空氣中的含量。這種儀器具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可以用于肼類推進(jìn)劑氣體的檢測(cè)，靈敏度可達(dá)到10-6，是加注過(guò)程安全的重要保證。

加注廠房?jī)?nèi)設(shè)置了全方位的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)加注過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)重要部位，通過(guò)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為安全管理工作順利開展創(chuàng)造了有利條件。

3 結(jié)束語(yǔ)

為確保首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)圓滿成功，新啟用的加注廠房在基礎(chǔ)保障條件改善、安全控制手段改進(jìn)、安全管理方法革新等方面，積極借鑒各個(gè)航天器發(fā)射基地的先進(jìn)理念，總結(jié)了以往7艘飛船作業(yè)過(guò)程的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)引進(jìn)了行業(yè)領(lǐng)先的安全控制技術(shù)和設(shè)備，成為國(guó)內(nèi)最大的、功能最齊全、各種安全防護(hù)措施最先進(jìn)的加注廠房。同時(shí)，載人航天器發(fā)射場(chǎng)加注階段工作流程也隨著保障條件的改善而大幅優(yōu)化，有效減少了危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，在提高效率的同時(shí)大幅降低了安全事故發(fā)生的概率。“天宮一號(hào)”、“神舟八號(hào)”加注工作的圓滿完成，驗(yàn)證了流程優(yōu)化的必要性和可行性，為后續(xù)型號(hào)任務(wù)的順利開展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（References）

[1]GJB 5403—2005 無(wú)水肼安全應(yīng)用準(zhǔn)則[S], 2005

[2]GJB 2252A—2008 四氧化二氮安全應(yīng)用準(zhǔn)則[S], 2008

[3]GJB 2989—97 甲基肼安全應(yīng)用準(zhǔn)則[S], 1997

[4]QJ 3198—2004 航天火工裝置安全技術(shù)要求[S], 2004

[5]QJ 2867A—2008 危險(xiǎn)點(diǎn)控制管理規(guī)定[S], 2008

[6]QJ 3234—2005 常規(guī)液體推進(jìn)劑安全防護(hù)器材管理要求[S], 2005

[7]Q/QJA 22—2004 載人航天型號(hào)發(fā)射場(chǎng)技術(shù)安全管理規(guī)定[S], 2004