軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化及型號替代工作實踐

◎航天動力技術(shù)研究院 鄺勇 趙本利

當(dāng)前，型號武器的發(fā)展對軍用關(guān)鍵新材料的需求十分迫切，研制出滿足型號要求的高性能關(guān)鍵新材料并實現(xiàn)國產(chǎn)化，既是未來型號武器發(fā)展的需要，也是滿足當(dāng)前型號研制生產(chǎn)的迫切要求。

近幾年，航天動力技術(shù)研究院按照上級要求，在軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化方面開展了一些實踐活動，并取得了一定成績，特別是在芳綸纖維國產(chǎn)化和國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究方面實現(xiàn)了關(guān)鍵原材料的國產(chǎn)化，為型號研制生產(chǎn)作出了突出貢獻(xiàn)。

一、需求分析

航天動力技術(shù)研究院研制生產(chǎn)的高性能型號固體火箭發(fā)動機(jī)是以高強(qiáng)、高模的殼體材料和耐沖刷、耐燒蝕、耐高溫的噴管材料以及高性能的推進(jìn)劑材料為基礎(chǔ)支撐的。由于國內(nèi)材料行業(yè)基礎(chǔ)研究薄弱，研究院型號發(fā)動機(jī)關(guān)鍵原材料長期依賴進(jìn)口，使得我國戰(zhàn)略武器研制生產(chǎn)受制于人，型號物資保障供應(yīng)難度極大。面對嚴(yán)峻的保障供應(yīng)形勢，研究院分析認(rèn)為，我國戰(zhàn)略固體發(fā)動機(jī)關(guān)鍵原材料必須盡快改變對進(jìn)口的依賴，實現(xiàn)自主保障，這也是研究院開展軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化和替代應(yīng)用研究的立足點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)；在戰(zhàn)略型號發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料中，芳綸纖維和碳纖維是戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)應(yīng)用部位最為關(guān)鍵、單發(fā)使用量較大的2種關(guān)鍵原材料，且在國內(nèi)具備一定的研究基礎(chǔ)，能夠通過國產(chǎn)化研究及型號替代研究盡快實現(xiàn)型號應(yīng)用，滿足型號需求。

2005年，研究院在中國航天科技集團(tuán)公司的大力支持下，認(rèn)真分析型號固體發(fā)動機(jī)關(guān)鍵原材料保障供應(yīng)形勢，梳理固體發(fā)動機(jī)關(guān)鍵原材料國產(chǎn)化項目，提出優(yōu)先開展芳綸纖維國產(chǎn)化和國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究2個“一條龍”項目，并確保取得突破，實現(xiàn)我國戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)關(guān)鍵原材料的國產(chǎn)化。按照要求，研究院對這2個項目進(jìn)行了充分論證，提出了項目研究的目標(biāo)、主要研究內(nèi)容及計劃節(jié)點(diǎn)，形成了項目任務(wù)總體要求和可行性研究報告，經(jīng)國家國防科技工業(yè)局評審答辯后順利立項。

從后續(xù)應(yīng)用效果來看，正是由于芳綸纖維國產(chǎn)化項目和國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究項目的順利立項和實施，解決了固體火箭發(fā)動機(jī)殼體、噴管的關(guān)鍵原材料國產(chǎn)化問題，進(jìn)一步提升了我國關(guān)鍵原材料的自主保障能力，成功實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，為型號研制生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

二、國產(chǎn)化工作實踐

1.落實責(zé)任，組建研究團(tuán)隊

針對航天動力研究院芳綸纖維國產(chǎn)化項目、T300級碳纖維應(yīng)用研究項目，各級領(lǐng)導(dǎo)都給予了高度重視，研究院領(lǐng)導(dǎo)更是在項目前期策劃、立項論證及實施的全過程中給予了支持和指導(dǎo)，研究院主管新材料項目工作的領(lǐng)導(dǎo)作為項目總責(zé)任人全程跟蹤項目進(jìn)展情況。

項目立項后，研究院按照國防科工局和航天科技集團(tuán)的要求，迅速成立了項目領(lǐng)導(dǎo)小組和項目協(xié)調(diào)辦公室，并參考型號科研生產(chǎn)管理模式成立了項目“兩總”系統(tǒng)和項目工作組。其中，項目工作組由設(shè)計部門、生產(chǎn)部門、試驗部門等相關(guān)人員組成，并嚴(yán)格落實各子項目責(zé)任人和各級各類人員的工作職責(zé)，形成了責(zé)任明確、職責(zé)清晰的工作團(tuán)隊，從隊伍建設(shè)方面為項目按期完成提供了根本保證。

2.落實 “一條龍”管理

對于軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化項目，國防科工局在總結(jié)前期新材料研制工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)性地實行了由型號應(yīng)用單位牽頭，材料研制單位配合的“一條龍”管理模式，要求項目牽頭單位發(fā)揮抓總作用，項目承擔(dān)單位密切配合。因此，在項目管理上，研究院與材料研制單位聯(lián)合成立了項目工作組。材料研制單位負(fù)責(zé)按期提供項目應(yīng)用研究所需的材料；研究院作為項目牽頭單位負(fù)責(zé)項目抓總工作，對材料表征及工藝適應(yīng)性評價，并及時向材料研制單位進(jìn)行反饋，從而指導(dǎo)子項目工作的開展，最終確保型號應(yīng)用。

在芳綸纖維國產(chǎn)化項目研究工作中，航天動力研究院、中藍(lán)晨光化工研究院有限公司分別作為項目牽頭單位和研制單位。在纖維研制初期各項性能指標(biāo)距離型號應(yīng)用差距較大的情況下，研究院一方面在對每批纖維性能進(jìn)行全面測試及微觀結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，將研制和改進(jìn)意見反饋給中藍(lán)晨光進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)；另一方面指派有關(guān)專家深入纖維研制生產(chǎn)現(xiàn)場，查找纖維生產(chǎn)可能存在的薄弱環(huán)節(jié)，幫助中藍(lán)晨光進(jìn)行工藝調(diào)整和改進(jìn)。通過雙方多輪次的交流、溝通，成功地研制出了滿足型號要求的國產(chǎn)芳綸纖維，并最終較好地完成了芳綸纖維國產(chǎn)化的工作。

3.嚴(yán)格考核，強(qiáng)化計劃執(zhí)行率

項目立項后，研究院一方面對項目研究工作進(jìn)行了逐項細(xì)化，在項目可行性研究報告的基礎(chǔ)上，制定了項目研究大綱，并經(jīng)專家評審，最終形成指導(dǎo)項目研究全過程的綱領(lǐng)性文件，特別是針對項目研究主要考核節(jié)點(diǎn)制定了詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)計劃，明確了牽頭和研制單位與配套單位的工作責(zé)任，并下發(fā)相關(guān)單位執(zhí)行。另一方面，研究院制定了軍用關(guān)鍵新材料項目實施管理辦法，加強(qiáng)管理，明確要求，將項目管理納入型號科研生產(chǎn)管理，每月進(jìn)行完成情況通報并布置下月工作計劃，嚴(yán)格進(jìn)行考核和獎懲。同時，將軍用關(guān)鍵新材料項目作為年度工作目標(biāo)納入研究院工作會主報告，對各責(zé)任人和項目“兩總”進(jìn)行年度業(yè)績考核。

近年來，在研究院型號科研生產(chǎn)任務(wù)異常繁重的情況下，芳綸纖維國產(chǎn)化項目在做好纖維表征與評價以及纖維工藝適應(yīng)性研究的基礎(chǔ)上，順利完成了全尺寸發(fā)動機(jī)殼體的考核驗證試驗；國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究項目順利完成了全尺寸發(fā)動機(jī)熱試車考核驗證試驗。

4.及時總結(jié)，固化工藝

軍用關(guān)鍵新材料研究的最終目的是確保型號替代應(yīng)用。在芳綸纖維國產(chǎn)化和國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究項目的研究過程中，研究院做到了每月一次例會、每季一次小結(jié)、半年一次評估、年底進(jìn)行工作總結(jié)，同時針對關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)完成情況組織各方面專家進(jìn)行匯審把關(guān)。項目工作組對每次會議提出的問題均進(jìn)行了認(rèn)真分析，并對相關(guān)工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，納入研制生產(chǎn)工藝文件，用以指導(dǎo)后續(xù)研究工作。

幾年來，通過不斷的積累和提煉，研究院不僅成功研制出了具有中國特色的芳綸纖維和T300級碳纖維，而且積累、整理了國產(chǎn)芳綸纖維、碳纖維研制基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，形成了一整套適應(yīng)國產(chǎn)纖維特點(diǎn)的工藝技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和專利技術(shù)，為型號應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2008年，研究院在開展國產(chǎn)T300級碳纖維的應(yīng)用研究工作中，通過性能測試發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)碳纖維單絲直徑比進(jìn)口碳纖維單絲直徑大，如按照原先的工藝方法編制，生產(chǎn)出的1K碳布排紗密度大、浸潤性差，用其制作出的噴管擴(kuò)散段相繼出現(xiàn)多處分層。經(jīng)分析后，研究院對碳布排紗密度進(jìn)行了調(diào)整，優(yōu)化了浸膠工藝，最終研制出全尺寸Ⅲ級發(fā)動機(jī)和Ⅰ級發(fā)動機(jī)噴管擴(kuò)散段各2套，均未出現(xiàn)碳布分層的質(zhì)量問題。目前該工藝已經(jīng)固化并指導(dǎo)后續(xù)型號研制工作。

三、國產(chǎn)化管理工作的主要成果

通過開展芳綸纖維國產(chǎn)化和國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究項目，航天動力研究院不僅形成了多項專利技術(shù)成果和標(biāo)準(zhǔn)，攻克了多項技術(shù)難關(guān)，而且積累了國產(chǎn)芳綸纖維、T300級碳纖維關(guān)鍵特性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以及適應(yīng)國產(chǎn)關(guān)鍵原材料性能特點(diǎn)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，并在型號發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。與此同時，在管理層面上，研究院積累了軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化研究工作經(jīng)驗，形成了指導(dǎo)今后軍用關(guān)鍵原材料型號應(yīng)用的工作規(guī)范和工作模式，將對后續(xù)工作的開展發(fā)揮指導(dǎo)作用。

1.形成了新材料國產(chǎn)化及型號替代工作主要流程

由于固體發(fā)動機(jī)是由復(fù)合材料為主構(gòu)成的，其殼體復(fù)合材料、推進(jìn)劑原材料性能都與工藝密不可分。評價材料性能的高低不僅是對材料本身性能高低的評價，更重要的是對材料與工藝的適應(yīng)程度的評價。好的材料就是材料與工藝的緊密結(jié)合體，新材料的成功研制和應(yīng)用是其與應(yīng)用工藝充分結(jié)合、高度依賴的過程。固體火箭發(fā)動機(jī)生產(chǎn)工藝的特殊性決定了一種新型材料要用于型號研制生產(chǎn)，必須經(jīng)過工藝的適應(yīng)性驗證，一方面材料研制單位需要根據(jù)應(yīng)用單位的工藝適應(yīng)性研究結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整材料生產(chǎn)工藝，改善材料的工藝性能；另一方面，應(yīng)用單位也需要對新材料的各項力學(xué)性能、物理性能以及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入摸索，改善型號研制生產(chǎn)工藝，適應(yīng)新材料的性能特點(diǎn)。

通過開展芳綸纖維國產(chǎn)化和國產(chǎn)T300級碳纖維應(yīng)用研究項目，研究院深深地認(rèn)識到，要完成軍用關(guān)鍵原材料國產(chǎn)化及型號替代工作，必須嚴(yán)格按照型號研制生產(chǎn)用關(guān)鍵原材料工作流程開展工作，并明確每個工作流程中關(guān)鍵標(biāo)志性的考核要求。由于軍用關(guān)鍵新材料研究工作以型號應(yīng)用為突出特點(diǎn)，工作具有開創(chuàng)性，因此，研究過程必須一步一個臺階，否則將對關(guān)鍵原材料替代工作帶來隱患。

按照型號發(fā)動機(jī)原材料替代工作要求，軍用關(guān)鍵新材料要應(yīng)用于型號研制生產(chǎn)，需要經(jīng)歷新材料研制與綜合性能評價和新材料型號替代應(yīng)用研究兩大階段。

關(guān)鍵新材料研制與綜合性能評價階段分為3個步驟：

第一步：關(guān)鍵新材料研制。由材料應(yīng)用單位提出材料技術(shù)指標(biāo)及需求，以材料研制單位為主開展新材料研制，應(yīng)用單位開展材料性能評價及復(fù)驗研究。這一階段的主要工作有新材料力學(xué)、物理等基本性能測試復(fù)驗。主要完成標(biāo)志是材料指標(biāo)體系建立、承制單位材料的性能穩(wěn)定。

第二步：關(guān)鍵新材料工藝適應(yīng)性研究。由材料研制單位提供原材料，以應(yīng)用單位為主開展新材料工藝試驗。這一階段的主要工作是小型工藝試驗件制作及測試，如芳綸纖維不同直徑規(guī)格的容器研制及試驗等。主要完成標(biāo)志是用新材料制作的工藝試驗件性能穩(wěn)定，材料的工藝適應(yīng)性良好。

第三步：新材料綜合性能評價研究。由材料研制單位提供原材料，以應(yīng)用單位為主開展新材料綜合性能評價工作。這一階段的主要工作有全尺寸發(fā)動機(jī)試驗件的驗證評價，如芳綸纖維不同直徑規(guī)格的殼體研制及考核驗證。主要完成標(biāo)志是通過少量的全尺寸結(jié)構(gòu)件考核驗證，證明材料工藝穩(wěn)定，性能滿足設(shè)計要求且穩(wěn)定。

新材料型號替代應(yīng)用研究階段主要工作由材料應(yīng)用單位承擔(dān)。這一階段的工作主要是在新材料研制及綜合評價的基礎(chǔ)上開展的。材料應(yīng)用單位按照型號發(fā)動機(jī)的研制生產(chǎn)程序及質(zhì)量管理要求，開展型號發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的研制生產(chǎn)和相應(yīng)的考核驗證試驗，完成標(biāo)志是新材料完全滿足型號研制生產(chǎn)需求。

根據(jù)軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化及型號替代工作流程，芳綸纖維的研制工作流程是材料研制、材料基本性能測試研究、材料工藝適應(yīng)性研究、材料考核驗證試驗研究，如圖1所示。從具體工作流程可以看出，軍用關(guān)鍵新材料研制必須經(jīng)過多批次的基本性能測試和工藝適應(yīng)性研究及典型縮比件的工藝試驗，才能逐步達(dá)到性能穩(wěn)定和工藝定型，滿足全尺寸結(jié)構(gòu)件的考核驗證試驗要求，最終實現(xiàn)型號替代。

圖1 芳綸纖維研制工作流程

2.形成應(yīng)用單位牽頭、研制單位配合的管理模式

總結(jié)多年新材料工作方面的經(jīng)驗教訓(xùn)，國防科工局在軍用關(guān)鍵新材料研究方面試點(diǎn)實施了“一條龍”的管理模式，即由型號應(yīng)用單位牽頭、材料研制單位配合，形成了對軍用關(guān)鍵新材料型號應(yīng)用的責(zé)任共同體，并在落實材料研究經(jīng)費(fèi)的同時落實應(yīng)用研究經(jīng)費(fèi)，從管理機(jī)制、經(jīng)費(fèi)保障、責(zé)任分工等方面使軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化工作得到落實。芳綸纖維國產(chǎn)化項目作為首批“一條龍”試點(diǎn)項目。從實施效果來看，材料研制和應(yīng)用雙方能夠相互協(xié)作、密切配合，“一條龍”的管理模式對軍用關(guān)鍵材料國產(chǎn)化及型號替代工作的順利進(jìn)行和按期完成發(fā)揮了重要作用。同時，芳綸纖維國產(chǎn)化項目的成功實施和順利完成，對軍用關(guān)鍵新材料“一條龍”管理模式起到了進(jìn)一步補(bǔ)充和完善的作用。

3.形成具有特色的新材料國產(chǎn)化管理模式

芳綸纖維國產(chǎn)化項目獲批后，研究院立即開展項目任務(wù)分配，成立項目“兩總”系統(tǒng)，全面組織指揮項目任務(wù)各項工作的開展，召開項目啟動會，細(xì)化并明確各承擔(dān)單位工作責(zé)任，按照型號科研生產(chǎn)管理要求，將項目任務(wù)納入每月型號科研生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行考核，開展項目工作檢查，進(jìn)行項目中期評估，將項目年度計劃完成情況作為研究院對領(lǐng)導(dǎo)干部考核的重要內(nèi)容。同時，項目經(jīng)費(fèi)管理要求嚴(yán)格執(zhí)行?？顚Ｓ?，及時開展項目經(jīng)費(fèi)審計等。這些工作措施已經(jīng)成為研究院在軍用關(guān)鍵新材料管理方面的定式，在后續(xù)的幾個軍用關(guān)鍵新材料管理上得到了全面推廣和應(yīng)用，對研究院按期順利完成軍用關(guān)鍵新材料研究項目起到了保障作用。

四、未來展望

未來武器的發(fā)展對軍用關(guān)鍵原材料的需求十分迫切，同時對自主保障能力的要求也越來越高。針對型號武器發(fā)展的未來需求，航天動力技術(shù)研究院已開展了軍用關(guān)鍵原材料項目的梳理工作，提出了軍用關(guān)鍵新材料“十二五”發(fā)展規(guī)劃，從發(fā)動機(jī)殼體、噴管、燃燒室等領(lǐng)域分析了軍用關(guān)鍵原材料面臨的保障供應(yīng)形勢及未來發(fā)展需求，明確了更高性能的芳綸纖維研制及應(yīng)用等軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化項目和多項軍用關(guān)鍵新材料研制項目。研究院將繼續(xù)按照上級對軍用關(guān)鍵新材料的管理要求，全力抓好項目的策劃及實施工作，發(fā)揮應(yīng)用單位項目牽頭作用，加強(qiáng)管理，狠抓協(xié)調(diào)，按期高質(zhì)量地完成軍用關(guān)鍵新材料研究任務(wù)，滿足型號武器發(fā)展對物資保障的需求。

研究院的軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化研究項目在各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，取得了一定成績，通過軍用關(guān)鍵原材料國產(chǎn)化工作的開展積累了較為豐富的經(jīng)驗，形成了一整套行之有效的管制制度和一支作風(fēng)過硬、能力較強(qiáng)的工作團(tuán)隊，為后續(xù)軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。但隨著型號武器的發(fā)展，我國戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的關(guān)鍵原材料研制生產(chǎn)基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀將會凸顯，型號物資保障供應(yīng)形勢將異常嚴(yán)峻，因此，抓好軍用關(guān)鍵新材料國產(chǎn)化工作將是一項長期而又艱巨的任務(wù)。