軍用關鍵新材料國產化及型號替代工作實踐

◎航天動力技術研究院 鄺勇 趙本利

當前，型號武器的發展對軍用關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鍵新材料并實現國產化，既是未來型號武器發展的需要，也是滿足當前型號研制生產的迫切要求。

近幾年，航天動力技術研究院按照上級要求，在軍用關鍵新材料國產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化和國產T300級碳纖維應用研究方面實現了關鍵原材料的國產化，為型號研制生產作出了突出貢獻。

一、需求分析

航天動力技術研究院研制生產的高性能型號固體火箭發動機是以高強、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劑材料為基礎支撐的。由于國內材料行業基礎研究薄弱，研究院型號發動機關鍵原材料長期依賴進口，使得我國戰略武器研制生產受制于人，型號物資保障供應難度極大。面對嚴峻的保障供應形勢，研究院分析認為，我國戰略固體發動機關鍵原材料必須盡快改變對進口的依賴，實現自主保障，這也是研究院開展軍用關鍵新材料國產化和替代應用研究的立足點和出發點；在戰略型號發動機關鍵材料中，芳綸纖維和碳纖維是戰略導彈固體發動機應用部位最為關鍵、單發使用量較大的2種關鍵原材料，且在國內具備一定的研究基礎，能夠通過國產化研究及型號替代研究盡快實現型號應用，滿足型號需求。

2005年，研究院在中國航天科技集團公司的大力支持下，認真分析型號固體發動機關鍵原材料保障供應形勢，梳理固體發動機關鍵原材料國產化項目，提出優先開展芳綸纖維國產化和國產T300級碳纖維應用研究2個“一條龍”項目，并確保取得突破，實現我國戰略導彈固體發動機關鍵原材料的國產化。按照要求，研究院對這2個項目進行了充分論證，提出了項目研究的目標、主要研究內容及計劃節點，形成了項目任務總體要求和可行性研究報告，經國家國防科技工業局評審答辯后順利立項。

從后續應用效果來看，正是由于芳綸纖維國產化項目和國產T300級碳纖維應用研究項目的順利立項和實施，解決了固體火箭發動機殼體、噴管的關鍵原材料國產化問題，進一步提升了我國關鍵原材料的自主保障能力，成功實現了國產化替代，為型號研制生產奠定了基礎。

二、國產化工作實踐

1.落實責任，組建研究團隊

針對航天動力研究院芳綸纖維國產化項目、T300級碳纖維應用研究項目，各級領導都給予了高度重視，研究院領導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，研究院主管新材料項目工作的領導作為項目總責任人全程跟蹤項目進展情況。

項目立項后，研究院按照國防科工局和航天科技集團的要求，迅速成立了項目領導小組和項目協調辦公室，并參考型號科研生產管理模式成立了項目“兩總”系統和項目工作組。其中，項目工作組由設計部門、生產部門、試驗部門等相關人員組成，并嚴格落實各子項目責任人和各級各類人員的工作職責，形成了責任明確、職責清晰的工作團隊，從隊伍建設方面為項目按期完成提供了根本保證。

2.落實 “一條龍”管理

對于軍用關鍵新材料國產化項目，國防科工局在總結前期新材料研制工作經驗的基礎上，開創性地實行了由型號應用單位牽頭，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揮抓總作用，項目承擔單位密切配合。因此，在項目管理上，研究院與材料研制單位聯合成立了項目工作組。材料研制單位負責按期提供項目應用研究所需的材料；研究院作為項目牽頭單位負責項目抓總工作，對材料表征及工藝適應性評價，并及時向材料研制單位進行反饋，從而指導子項目工作的開展，最終確保型號應用。

在芳綸纖維國產化項目研究工作中，航天動力研究院、中藍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距離型號應用差距較大的情況下，研究院一方面在對每批纖維性能進行全面測試及微觀結構分析的基礎上，將研制和改進意見反饋給中藍晨光進行技術改進；另一方面指派有關專家深入纖維研制生產現場，查找纖維生產可能存在的薄弱環節，幫助中藍晨光進行工藝調整和改進。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芳綸纖維，并最終較好地完成了芳綸纖維國產化的工作。

3.嚴格考核，強化計劃執行率

項目立項后，研究院一方面對項目研究工作進行了逐項細化，在項目可行性研究報告的基礎上，制定了項目研究大綱，并經專家評審，最終形成指導項目研究全過程的綱領性文件，特別是針對項目研究主要考核節點制定了詳細的節點計劃，明確了牽頭和研制單位與配套單位的工作責任，并下發相關單位執行。另一方面，研究院制定了軍用關鍵新材料項目實施管理辦法，加強管理，明確要求，將項目管理納入型號科研生產管理，每月進行完成情況通報并布置下月工作計劃，嚴格進行考核和獎懲。同時，將軍用關鍵新材料項目作為年度工作目標納入研究院工作會主報告，對各責任人和項目“兩總”進行年度業績考核。

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

4.及時總結，固化工藝

軍用關鍵新材料研究的最終目的是確保型號替代應用。在芳綸纖維國產化和國產T300級碳纖維應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、半年一次評估、年底進行工作總結，同時針對關鍵控制節點完成情況組織各方面專家進行匯審把關。項目工作組對每次會議提出的問題均進行了認真分析，并對相關工藝進行改進和優化，納入研制生產工藝文件，用以指導后續研究工作。

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、整理了國產芳綸纖維、碳纖維研制基礎數據庫，形成了一整套適應國產纖維特點的工藝技術規范、技術標準和專利技術，為型號應用奠定了基礎。

2008年，研究院在開展國產T300級碳纖維的應用研究工作中，通過性能測試發現國產碳纖維單絲直徑比進口碳纖維單絲直徑大，如按照原先的工藝方法編制，生產出的1K碳布排紗密度大、浸潤性差，用其制作出的噴管擴散段相繼出現多處分層。經分析后，研究院對碳布排紗密度進行了調整，優化了浸膠工藝，最終研制出全尺寸Ⅲ級發動機和Ⅰ級發動機噴管擴散段各2套，均未出現碳布分層的質量問題。目前該工藝已經固化并指導后續型號研制工作。

三、國產化管理工作的主要成果

通過開展芳綸纖維國產化和國產T300級碳纖維應用研究項目，航天動力研究院不僅形成了多項專利技術成果和標準，攻克了多項技術難關，而且積累了國產芳綸纖維、T300級碳纖維關鍵特性基礎數據庫以及適應國產關鍵原材料性能特點的關鍵工藝技術，并在型號發動機研制生產中得到了應用。與此同時，在管理層面上，研究院積累了軍用關鍵新材料國產化研究工作經驗，形成了指導今后軍用關鍵原材料型號應用的工作規范和工作模式，將對后續工作的開展發揮指導作用。

1.形成了新材料國產化及型號替代工作主要流程

由于固體發動機是由復合材料為主構成的，其殼體復合材料、推進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程度的評價。好的材料就是材料與工藝的緊密結合體，新材料的成功研制和應用是其與應用工藝充分結合、高度依賴的過程。固體火箭發動機生產工藝的特殊性決定了一種新型材料要用于型號研制生產，必須經過工藝的適應性驗證，一方面材料研制單位需要根據應用單位的工藝適應性研究結果進一步調整材料生產工藝，改善材料的工藝性能；另一方面，應用單位也需要對新材料的各項力學性能、物理性能以及微觀結構進行深入摸索，改善型號研制生產工藝，適應新材料的性能特點。

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

按照型號發動機原材料替代工作要求，軍用關鍵新材料要應用于型號研制生產，需要經歷新材料研制與綜合性能評價和新材料型號替代應用研究兩大階段。

關鍵新材料研制與綜合性能評價階段分為3個步驟：

第一步：關鍵新材料研制。由材料應用單位提出材料技術指標及需求，以材料研制單位為主開展新材料研制，應用單位開展材料性能評價及復驗研究。這一階段的主要工作有新材料力學、物理等基本性能測試復驗。主要完成標志是材料指標體系建立、承制單位材料的性能穩定。

第二步：關鍵新材料工藝適應性研究。由材料研制單位提供原材料，以應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格的容器研制及試驗等。主要完成標志是用新材料制作的工藝試驗件性能穩定，材料的工藝適應性良好。

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動機試驗件的驗證評價，如芳綸纖維不同直徑規格的殼體研制及考核驗證。主要完成標志是通過少量的全尺寸結構件考核驗證，證明材料工藝穩定，性能滿足設計要求且穩定。

新材料型號替代應用研究階段主要工作由材料應用單位承擔。這一階段的工作主要是在新材料研制及綜合評價的基礎上開展的。材料應用單位按照型號發動機的研制生產程序及質量管理要求，開展型號發動機產品的研制生產和相應的考核驗證試驗，完成標志是新材料完全滿足型號研制生產需求。

根據軍用關鍵新材料國產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，軍用關鍵新材料研制必須經過多批次的基本性能測試和工藝適應性研究及典型縮比件的工藝試驗，才能逐步達到性能穩定和工藝定型，滿足全尺寸結構件的考核驗證試驗要求，最終實現型號替代。

圖1 芳綸纖維研制工作流程

2.形成應用單位牽頭、研制單位配合的管理模式

總結多年新材料工作方面的經驗教訓，國防科工局在軍用關鍵新材料研究方面試點實施了“一條龍”的管理模式，即由型號應用單位牽頭、材料研制單位配合，形成了對軍用關鍵新材料型號應用的責任共同體，并在落實材料研究經費的同時落實應用研究經費，從管理機制、經費保障、責任分工等方面使軍用關鍵新材料國產化工作得到落實。芳綸纖維國產化項目作為首批“一條龍”試點項目。從實施效果來看，材料研制和應用雙方能夠相互協作、密切配合，“一條龍”的管理模式對軍用關鍵材料國產化及型號替代工作的順利進行和按期完成發揮了重要作用。同時，芳綸纖維國產化項目的成功實施和順利完成，對軍用關鍵新材料“一條龍”管理模式起到了進一步補充和完善的作用。

3.形成具有特色的新材料國產化管理模式

芳綸纖維國產化項目獲批后，研究院立即開展項目任務分配，成立項目“兩總”系統，全面組織指揮項目任務各項工作的開展，召開項目啟動會，細化并明確各承擔單位工作責任，按照型號科研生產管理要求，將項目任務納入每月型號科研生產任務進行考核，開展項目工作檢查，進行項目中期評估，將項目年度計劃完成情況作為研究院對領導干部考核的重要內容。同時，項目經費管理要求嚴格執行專款專用，及時開展項目經費審計等。這些工作措施已經成為研究院在軍用關鍵新材料管理方面的定式，在后續的幾個軍用關鍵新材料管理上得到了全面推廣和應用，對研究院按期順利完成軍用關鍵新材料研究項目起到了保障作用。

四、未來展望

未來武器的發展對軍用關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。針對型號武器發展的未來需求，航天動力技術研究院已開展了軍用關鍵原材料項目的梳理工作，提出了軍用關鍵新材料“十二五”發展規劃，從發動機殼體、噴管、燃燒室等領域分析了軍用關鍵原材料面臨的保障供應形勢及未來發展需求，明確了更高性能的芳綸纖維研制及應用等軍用關鍵新材料國產化項目和多項軍用關鍵新材料研制項目。研究院將繼續按照上級對軍用關鍵新材料的管理要求，全力抓好項目的策劃及實施工作，發揮應用單位項目牽頭作用，加強管理，狠抓協調，按期高質量地完成軍用關鍵新材料研究任務，滿足型號武器發展對物資保障的需求。

研究院的軍用關鍵新材料國產化研究項目在各級領導的大力支持下，取得了一定成績，通過軍用關鍵原材料國產化工作的開展積累了較為豐富的經驗，形成了一整套行之有效的管制制度和一支作風過硬、能力較強的工作團隊，為后續軍用關鍵新材料國產化應用研究奠定了基礎。但隨著型號武器的發展，我國戰略、戰術導彈武器的關鍵原材料研制生產基礎薄弱的現狀將會凸顯，型號物資保障供應形勢將異常嚴峻，因此，抓好軍用關鍵新材料國產化工作將是一項長期而又艱巨的任務。