GJB 8984-2017《航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系列型譜》簡詮

李國強(qiáng) 湛希 徐啟

（1北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京，100094；2軍用標(biāo)準(zhǔn)化研究中心，北京，100028）

新世紀(jì)以來，伴隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和世界新軍事變革的蓬勃興起，我國航天事業(yè)和航天科技工業(yè)也邁入了快速提升的新時(shí)期。發(fā)展需求不斷增長，科研生產(chǎn)能力不斷提高，航天器研制建設(shè)正在實(shí)現(xiàn)由 “作坊式”向 “產(chǎn)業(yè)化”、由“制作作品”向 “生產(chǎn)產(chǎn)品”轉(zhuǎn)型。要保證航天器性能與質(zhì)量，提高通用化、系列化、組合化（“三化”）程度，縮短研制周期，節(jié)約經(jīng)費(fèi)開支，有針對(duì)性地研究編制以航天器產(chǎn)品系列型譜為重點(diǎn)的品種控制類標(biāo)準(zhǔn)，是服務(wù)航天產(chǎn)品體系建設(shè)、推動(dòng)航天技術(shù)廣泛應(yīng)用的有效抓手。

航天器發(fā)動(dòng)機(jī)是航天器控制系統(tǒng)的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是為航天器的姿態(tài)控制和軌道機(jī)動(dòng)等提供需要的力和力矩。其工作方式一般為脈沖工作或穩(wěn)態(tài)工作，脈沖工作主要用于航天器的姿態(tài)調(diào)整或位置保持等，穩(wěn)態(tài)工作主要用于航天器的軌道機(jī)動(dòng)等。航天器發(fā)動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)：推力小，軌控發(fā)動(dòng)機(jī)的推力在千牛級(jí)以下，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的推力在百牛到微牛級(jí)范圍；工作時(shí)間長，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖工作次數(shù)多達(dá)萬次甚至百萬次，以滿足航天器長壽命的工作要求 （3年到15年），軌控發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間達(dá)到萬秒級(jí)；響應(yīng)快，航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間，一般在100毫秒以下，以滿足航天器精確控制的要求。

GJB 8984－2017《航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系列型譜》于2017年5月18日發(fā)布，并自2017年7月1日正式施行。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的推力系列和型譜，適用于航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和選型，涵蓋的航天器發(fā)動(dòng)機(jī)種類包括液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體推力器、電推力器，不包括固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和凝膠推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。本文就該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容及有關(guān)情況作一簡要介紹。

1 標(biāo)準(zhǔn)編制背景

我國從上世紀(jì)60年代末開始，陸續(xù)研制了多種規(guī)格的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)、單組元發(fā)動(dòng)機(jī)、雙組元發(fā)動(dòng)機(jī)，各種航天器發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成功通過了上百個(gè)航天器的飛行驗(yàn)證。為了滿足長壽命大航天器平臺(tái)、深空探測及微小航天器等的需求，我國正在積極改進(jìn)雙組元10N發(fā)動(dòng)機(jī)、490N發(fā)動(dòng)機(jī)，研制電熱肼增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)、霍爾發(fā)動(dòng)機(jī)、離子發(fā)動(dòng)機(jī)、電弧發(fā)動(dòng)機(jī)等。經(jīng)過40多年的不懈努力，國內(nèi)航天器發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已由最初的原理樣機(jī)發(fā)展到后來的工程化應(yīng)用，再到目前的批量生產(chǎn)與應(yīng)用，各種軌道、各種功能、各種規(guī)模的航天器已普遍使用國產(chǎn)航天器發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，形成了種類、規(guī)格較為齊全的國產(chǎn)航天器發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品大家族。

為避免重復(fù)開發(fā)，提高新型航天器的研制效率和產(chǎn)品可靠性、縮短新型號(hào)航天器產(chǎn)品的研制周期、降低新型號(hào)航天器的研制成本，結(jié)合國內(nèi)外航天器發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過分析、對(duì)比國內(nèi)現(xiàn)有航天器發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)，編制可以覆蓋國內(nèi)目前以及未來十年左右可預(yù)見需求的航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系列型譜，以滿足國內(nèi)航天器研制單位的使用，并指導(dǎo)、服務(wù)于航天器發(fā)動(dòng)機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)和已有產(chǎn)品完善，是非常必要且具有重要意義的。

編制該標(biāo)準(zhǔn)旨在：為航天器的設(shè)計(jì)和制造者提供適用的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列和品種；促進(jìn)航天器采用標(biāo)準(zhǔn)系列和品種的發(fā)動(dòng)機(jī)，以最大限度地減少類似的非標(biāo)準(zhǔn)品種的使用，提高航天器標(biāo)準(zhǔn)化和系列化水平；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)、研制、開發(fā)進(jìn)行控制和計(jì)劃管理，以較少的系列和品種滿足航天器的需要，有利于控制品種、增強(qiáng)投資效果、提高產(chǎn)品質(zhì)量和提供有效的后勤保障。

2 標(biāo)準(zhǔn)編制思路

系列型譜標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)裝備、設(shè)備等產(chǎn)品基本參數(shù)、規(guī)格、型式等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃的一種特定類型的標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)框架的劃分與構(gòu)建、技術(shù)要素的組成與提出都有基本的規(guī)律和要求。GJB 8984是在近十年來航天器發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品 “三化”、推力量級(jí)系列化研究及型譜研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)、清理已有航天器發(fā)動(dòng)機(jī)品種，匯總、分析今后十年航天器型號(hào)對(duì)航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的使用需求，并參考了國外航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展情況，針對(duì)不同種類發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行推力系列的優(yōu)化而編制的。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)框架

GJB 0.1－2001《軍用標(biāo)準(zhǔn)文件編制工作導(dǎo)則第1部分：軍用標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性技術(shù)文件規(guī)定》的附錄C中 “C.1軍用產(chǎn)品系列和軍用產(chǎn)品系列型譜標(biāo)準(zhǔn)”，給出了系列型譜標(biāo)準(zhǔn)一般應(yīng)包括的4項(xiàng)要素：①同類產(chǎn)品系列劃分的主要參數(shù)、形式、尺寸及基本結(jié)構(gòu)；②產(chǎn)品的系列或型譜；③產(chǎn)品的基本型號(hào)；④基本型系列和派生產(chǎn)品的關(guān)系。以此為依據(jù)，充分考慮航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，確定該標(biāo)準(zhǔn)的主要結(jié)構(gòu)為：范圍、引用文件、術(shù)語和定義、分類和代號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力系列和型譜，并以附錄形式給出國內(nèi)主力航天器發(fā)動(dòng)機(jī)型譜簡表。

2.2 納入型譜準(zhǔn)則

根據(jù)航天器發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)應(yīng)用情況以及標(biāo)準(zhǔn)的編制目的，確定納入系列型譜準(zhǔn)則：①性能指標(biāo)適用于多種應(yīng)用場合，結(jié)構(gòu)、安裝方式和功能不重復(fù)的品種；②設(shè)計(jì)已定型，材料和工藝已得到驗(yàn)證，并有適合的質(zhì)量控制措施，經(jīng)系統(tǒng)測試和地面驗(yàn)證，可用于飛行并已生產(chǎn)的產(chǎn)品；③航天器使用和發(fā)展所需要的、正在研制和待開發(fā)的品種。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

3.1 術(shù)語和定義

該章規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)中必要的、具有特定含義且在GJB 3387－1998《火箭發(fā)動(dòng)機(jī)術(shù)語》及其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均未曾定義的術(shù)語及其定義。

航天器發(fā)動(dòng)機(jī)作為界定標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象、確定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容范疇的基礎(chǔ)和前提性術(shù)語，被定義為 “為航天器姿態(tài)控制、軌道控制、推進(jìn)劑沉底提供力矩和力的發(fā)動(dòng)機(jī)。包括衛(wèi)星、飛船、空間探測器等的姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和軌道控制發(fā)動(dòng)機(jī)以及運(yùn)載火箭上面級(jí)或者末級(jí)、武器系統(tǒng)上面級(jí)或者末級(jí)姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)、軌道控制發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)劑沉底發(fā)動(dòng)機(jī)。習(xí)慣上將航天器發(fā)動(dòng)機(jī)中的姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)或推力較小的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為推力器”。

單組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體推力器、冷氣推力器、液化氣推力器、熱氣推力器、電推力器、霍爾推力器、離子推力器、電弧加熱推力器、場發(fā)射靜電推力器、電熱肼增強(qiáng)推力器是航天器發(fā)動(dòng)機(jī)分類及型譜中涉及的重要術(shù)語。標(biāo)準(zhǔn)參考GJB 421A－1997《衛(wèi)星術(shù)語》和 《國防科技名詞大典·航天》對(duì)其進(jìn)行了定義；液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、變推力發(fā)動(dòng)機(jī)等重要術(shù)語，均已在GJB 3387－1998《火箭發(fā)動(dòng)機(jī)術(shù)語》中有了明確而一致的定義，GJB 8984進(jìn)行了直接引用。

3.2 分類

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的型譜按航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理進(jìn)行了分類，見表1。

圖1 航天器發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)構(gòu)成

3.3 代號(hào)

為區(qū)分不同類別的航天器發(fā)動(dòng)機(jī)并便于標(biāo)示，該標(biāo)準(zhǔn)給出航天器發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)的設(shè)置方法（見表2），代號(hào)構(gòu)成如圖1所示。

具體規(guī)則：用產(chǎn)品漢語拼音縮寫表示產(chǎn)品分類代字；以發(fā)動(dòng)機(jī)的額定真空推力為主參數(shù)，以牛頓為單位，用兩位有效數(shù)字的科學(xué)計(jì)數(shù)法表示，主參數(shù)中：第一、二位表示科學(xué)記數(shù)法底數(shù)的兩位有效數(shù)字，并約定省略兩位有效數(shù)字之間的小數(shù)點(diǎn)；第三位為大寫漢語拼音字母 “Z”或“F”，當(dāng)指數(shù)為正數(shù)或零時(shí)，為 “Z”，當(dāng)指數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)，為 “F”；第四位為指數(shù)的絕對(duì)值。以特征碼1區(qū)分推進(jìn)劑種類，對(duì)變推力發(fā)動(dòng)機(jī)或高室壓雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，增加特征碼2，其中高室壓、變推力發(fā)動(dòng)機(jī)用大寫字母 “A”表示，其它變推力發(fā)動(dòng)機(jī)用大寫字母 “B”表示，其它高室壓雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，用大寫字母“G”表示。

當(dāng)產(chǎn)品基本型和產(chǎn)品附加型均相同時(shí)，增加阿拉伯?dāng)?shù)字表征的產(chǎn)品區(qū)分號(hào)，對(duì)不同構(gòu)型或功能的發(fā)動(dòng)機(jī)予以區(qū)分；從發(fā)動(dòng)機(jī)第一次改進(jìn)開始，依次用大寫英文字母 （D、I、O、X、Z除外）表征改進(jìn)號(hào)。

如：FYS10Z1表示額定真空推力為10N的雙組元液體發(fā)動(dòng)機(jī)的基本型， “FYS”表示雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)， “10”表示額定真空推力為10N，因?yàn)槭?0N的基本型，所以指數(shù)為正數(shù)1，用 “Z1”表示；FYS10Z1-YG表示額定真空推力為10N、推進(jìn)劑為氣氧/煤油的高室壓雙組元液體發(fā)動(dòng)機(jī)；FYS10Z1-YG-1表示額定真空推力為10N、推進(jìn)劑為氣氧/煤油、區(qū)分號(hào)為1的高室壓雙組元液體發(fā)動(dòng)機(jī)；FYS10Z1-YG-1A表示額定真空推力為10N、推進(jìn)劑為氣氧/煤油、區(qū)分號(hào)為1、進(jìn)行第一次改進(jìn)設(shè)計(jì)的高室壓雙組元液體發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.4 推力系列

該標(biāo)準(zhǔn)在廣泛調(diào)研國內(nèi)外航天器發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)資料、了解國內(nèi)外航天器發(fā)動(dòng)機(jī)研制狀況、多次征求并吸收國內(nèi)相關(guān)用戶和總體研制單位需求意見的基礎(chǔ)上，以滿足未來10年航天器任務(wù)發(fā)展需求為目標(biāo)，參考了GB 321－2005《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》R80系列、GB/T 19763－2005《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的應(yīng)用指南》及GB/T 19764－2005《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系化整值系列的選用指南》，并兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)在一定范圍內(nèi)推力可調(diào)的特性，明確了航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的推力系列。標(biāo)準(zhǔn)將各類航天器發(fā)動(dòng)機(jī)在額定真空推力范圍內(nèi) （0.005N～10000N）按40個(gè)推力量級(jí)、根據(jù)實(shí)際研制和未來發(fā)展需要作了確定，電推力器有8個(gè)推力量級(jí)、氣體推力器有12個(gè)推力量級(jí)、單組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有19個(gè)推力量級(jí)、雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有28個(gè)推力量級(jí)。

3.5 型譜及型譜簡表

標(biāo)準(zhǔn)第5章 “要求”中以表格形式規(guī)定了各類航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的系列型譜，主要內(nèi)容包括基本型和主要性能參數(shù)。其中基本型給出了各類航天器所包含基本型的產(chǎn)品代號(hào)，主要性能參數(shù)包括各類型發(fā)動(dòng)機(jī)的額定真空推力、真空比沖、累計(jì)開關(guān)次數(shù)和累計(jì)工作時(shí)間；氣體推力器系列型譜主要性能參數(shù)包括為額定真空推力和真空比沖。

對(duì)于重要但不便于在標(biāo)準(zhǔn)正文展開的內(nèi)容，分別編寫了資料性附錄，包括國內(nèi)部分單組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)型譜簡表、常規(guī)室壓雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)型譜簡表、高室壓雙組元液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)型譜簡表、氣體推力器型譜簡表、電推力器型譜簡表。主要內(nèi)容包括：代號(hào)、推進(jìn)劑、主要性能參數(shù)、重量、最大功耗、研制狀態(tài)等。

4 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施

在航天器發(fā)動(dòng)機(jī)研制方面，應(yīng)在該標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，開展落實(shí)產(chǎn)品 “三化”相關(guān)工作，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立和完善發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品規(guī)范。

在航天器設(shè)計(jì)方面，應(yīng)優(yōu)先從該標(biāo)準(zhǔn)系列型譜中選擇發(fā)動(dòng)機(jī)品種。初選發(fā)動(dòng)機(jī)品種后，檢查相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)范以核實(shí)該產(chǎn)品是否適用于預(yù)定的應(yīng)用場合。選擇在研品種時(shí)，核實(shí)研制進(jìn)展情況。選擇待開發(fā)品種時(shí)，通過新產(chǎn)品研制合同提出研制要求。

如在該標(biāo)準(zhǔn)系列型譜中未選到能滿足適用性能要求的品種，可選用或提出系列型譜中未列入的品種，并向主編單位提出標(biāo)準(zhǔn)修訂建議。

我國已經(jīng)形成了各種軌道、各種功能、各種規(guī)模的種類、規(guī)格較為齊全的國產(chǎn)航天器發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。GJB 8984是在航天器發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品“三化”、推力量級(jí)系列化研究及型譜研究成果的基礎(chǔ)上，匯總已有航天器發(fā)動(dòng)機(jī)品種，編制的可以滿足國內(nèi)未來十年可預(yù)見需求的航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系列型譜。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之前我國尚未有《航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系列型譜》及類似標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于補(bǔ)充和完善相關(guān)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系具有重要意義，對(duì)于推動(dòng)航天器發(fā)動(dòng)機(jī) “三化”建設(shè)將發(fā)揮重要作用。后續(xù)，有關(guān)部門和單位應(yīng)重視抓好該標(biāo)準(zhǔn)的宣貫推廣和實(shí)施監(jiān)督工作，并密切跟蹤標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際應(yīng)用情況，積極收集各方反饋的意見與建議，為標(biāo)準(zhǔn)后續(xù)的修訂完善夯實(shí)基礎(chǔ)。

［1］王莉，蔣家榮，袁耀章，等.GJB 3387－1998.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)術(shù)語 ［S］.

［2］李小芳，林慶國，任海，等.GJB 8984－2017.航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系列型譜 ［S］.

［3］程旭輝.GJB 0《軍用標(biāo)準(zhǔn)文件編制工作導(dǎo)則》實(shí)施指南.國防工業(yè)出版社.2007.01.