首次交會對接任務發(fā)射場加注安全保障改進

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

推進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，絕對的安全控制是此階段的核心工作；萬無一失的安全績效是此階段的首要目標。

為確保我國首次空間交會對接任務載人航天器加注工作的圓滿成功，發(fā)射場啟用了新建成的加注廠房。該廠房的設計和建設采用了以酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心為總體，中國空間技術(shù)研究院、中國運載火箭技術(shù)研究院等使用單位全程參與設計、施工、驗收的模式，其設計在總結(jié)以往“神舟”系列飛船加注階段工作經(jīng)驗、吸收原有加注廠房和其他發(fā)射場加注廠房的優(yōu)點的基礎上，改進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)配套設施存在的不足

從1999年我國第一艘無人試驗飛船到“神舟七號”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，由于當時對飛船研制過程中危險源辨識不到位、配套設備技術(shù)水準不高等原因，在使用過程中發(fā)現(xiàn)原廠房及配套設備存在很多缺陷，為加注工作的順利完成造成一定困難，也帶來一定風險。

1.1 載人航天器的作業(yè)空間狹小

原廠房設計的飛船總裝吊裝工位、寬度僅夠飛船轉(zhuǎn)運車進出，當摘掛吊具等操作涉及多部升降車同時高空作業(yè)時，升降車只能預先定位、緊貼墻角，整車位姿無法自由調(diào)整，給作業(yè)帶來了很大不便，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備擺放到位、管路合理鋪設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)人員在復雜的設備和管路之間操作，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)風險

在航天器總裝工藝流程中，整器級別的吊裝和轉(zhuǎn)運因其體積龐大、外形尺寸不規(guī)則、作業(yè)對象重要性強等原因，危險性高、重要性強，一直是極受重視的關(guān)鍵安全控制點。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，飛船要在兩個工位之間進行反復的吊裝和轉(zhuǎn)運，增加了多個吊裝、轉(zhuǎn)運作業(yè)環(huán)節(jié)；且由于廠房狹小，必須采用氣墊車轉(zhuǎn)運的方法解決運輸困難，因此氣墊車要在兩個工位之間來回走“之”字形曲折運行，更增加了吊裝、轉(zhuǎn)運作業(yè)的風險。

此外，還暴露出了氣墊車存在的嚴重缺陷：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，會出現(xiàn)微小裂紋，在氣墊車強大氣流沖擊和整船高達 8 t以上重量的擠壓下，裂縫迅速擴大，沙粒、水泥微粒飛濺，對潔凈廠房環(huán)境帶來巨大的污染，從而帶來船上敏感器件受污染的風險。更甚者由于沙粒與氣墊摩擦，造成氣墊磨損爆裂，帶來整船傾覆的風險，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)運過程中，出現(xiàn)過因更換氣墊，致使飛船發(fā)射場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)護上，造成了不小的浪費。氣墊轉(zhuǎn)運車對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。在氣墊車運行中，氣墊中的高壓空氣有時會突然泄漏，出現(xiàn)“放炮”現(xiàn)象，給飛船帶來沖擊。而且氣墊中的壓力一旦泄漏，氣墊車就無法運行，導致反復充氣、調(diào)整，重復作業(yè)增多，參與氣墊車轉(zhuǎn)運的作業(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，不符合應急逃生的安全要求；房屋與房間嵌套，難于緊急逃逸。通風效果不好，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功能的改進

以確保安全、簡化流程、降低風險為宗旨，有關(guān)單位針對首次交會對接任務，對原加注廠房存在風險進行了分析，提出了新廠房建設要求。新廠房本質(zhì)安全度全面提高、作業(yè)流程優(yōu)化、儀器設備改進、安全防護措施完備，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

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，運輸通道相當于2倍的轉(zhuǎn)運車寬度，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地中運行，便于作業(yè)人員在高空隨時調(diào)整位姿，從根本上提高了作業(yè)環(huán)境的安全性。同時，天宮、飛船轉(zhuǎn)運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牽引車，不僅減少了尾氣對廠房環(huán)境的污染，并且由于電動牽引車體積較小，可以靈活調(diào)頭，從而帶動轉(zhuǎn)運車直接?？考幼⒐の慌裕_保飛船吊裝到加注工位“一步到位”，減少整船吊裝的運行位移。廠房的地面采用先進的自流平工藝，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，避免了因之帶來的多次吊裝和轉(zhuǎn)運，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，極大地減少了危險作業(yè)環(huán)節(jié)，縮短了作業(yè)時間。通過合理設計、優(yōu)化流程、工藝改進，加注工作階段減少了2次整船（器）吊裝和轉(zhuǎn)運，1次扣罩、開罩，所需工時由原來的7個工作日，縮短到4個工作日；且由于航天器一次就位后到出加注廠房前不再進行廠房內(nèi)工位間的轉(zhuǎn)運、吊裝作業(yè)，徹底解決了使用轉(zhuǎn)運氣墊車造成的一系列問題和不利影響。

2.3 安全保障條件全面提升

新加注廠房的整個建筑群在設計上嚴格遵守國家相關(guān)標準規(guī)定，著重考慮了應急逃生、人員自救的需求，應急通道、逃生門設計合理，可滿足廠房內(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及逃逸速度提升，廠房以加注大廳為中心，圍繞大廳而設的其他功能房間（包括燃料貯存間、加注設備間、操作間、監(jiān)視間、會議室等）以輻射的形式分布，每個方位都配置了逃生門，所有應急通道在最合理的位置與廠房內(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，大廳的背面直接連接空曠外場，大廳在此處配備了逃生門，便于大廳中人員迅速撤離。

針對一旦發(fā)生燃料泄漏、人員中毒、受傷，有應急救治的需求時，在大廳布局中，專門劃定出了各類應急物質(zhì)存放工位，例如：針對四氧化二氮對皮膚的灼傷，準備了碳酸氫鈉洗消液清洗工位；針對氧化劑對眼睛的灼傷，準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)過加注前安全評審和檢查，有效避免了以往加注工作前臨時進行應急物資準備帶來的漏項風險[7]。

此外，建筑中的雨淋系統(tǒng)、通風系統(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，使得兩種推進劑能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的物理隔離。

2.4 檢測、監(jiān)控手段的改進

“天宮一號”、“神舟八號”加注后采用先進的光離子化氣體濃度檢測儀進行推進劑泄漏實時監(jiān)測，有效提高了監(jiān)控的準確性和及時性。光離子化檢測儀的原理是用紫外光照射被測氣體，使分子發(fā)生光電作用來測定該氣體含量。該儀器用取樣泵將待測氣體吸入電離室中，當待測物質(zhì)經(jīng)紫外燈照射，原來穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)被電離，產(chǎn)生正離子與電子，在電場的作用下形成微弱電流，檢測該電流的大小，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、檢測靈敏度高等優(yōu)點，可以用于肼類推進劑氣體的檢測，靈敏度可達到10-6，是加注過程安全的重要保證。

加注廠房內(nèi)設置了全方位的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，對加注過程的每個環(huán)節(jié)、每個重要部位，通過視頻進行實時監(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

為確保首次交會對接任務圓滿成功，新啟用的加注廠房在基礎保障條件改善、安全控制手段改進、安全管理方法革新等方面，積極借鑒各個航天器發(fā)射基地的先進理念，總結(jié)了以往7艘飛船作業(yè)過程的成功經(jīng)驗，同時引進了行業(yè)領先的安全控制技術(shù)和設備，成為國內(nèi)最大的、功能最齊全、各種安全防護措施最先進的加注廠房。同時，載人航天器發(fā)射場加注階段工作流程也隨著保障條件的改善而大幅優(yōu)化，有效減少了危險作業(yè)環(huán)節(jié)，在提高效率的同時大幅降低了安全事故發(fā)生的概率?！疤鞂m一號”、“神舟八號”加注工作的圓滿完成，驗證了流程優(yōu)化的必要性和可行性，為后續(xù)型號任務的順利開展提供了寶貴的經(jīng)驗。

（References）

[1]GJB 5403—2005 無水肼安全應用準則[S], 2005

[2]GJB 2252A—2008 四氧化二氮安全應用準則[S], 2008

[3]GJB 2989—97 甲基肼安全應用準則[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 危險點控制管理規(guī)定[S], 2008

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

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