首次交會對接任務發射場加注安全保障改進

羅 克，馮 雷

（北京衛星環境工程研究所，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、作業交叉最多的工作環節為航天器推進劑加注環節。在發射場工作流程中，航天器推進劑加注階段涉及飛船系統、火箭系統、發射場系統等多個分系統的協作配合，包括整器（船）的轉運至加注廠房、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、推進劑泄漏濃度監測、器（船）上高壓氣瓶充氣和補氣、扣整流罩、轉運至垂直測試廠房等一系列關鍵工序，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、推進艙推進子系統兩部分，其中返回艙推進子系統加注無水肼[1]，推進艙推進子系統加注四氧化二氮[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、不穩定等特點，其儲存、加注、加注后狀態監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環節，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星發射中心為總體，中國空間技術研究院、中國運載火箭技術研究院等使用單位全程參與設計、施工、驗收的模式，其設計在總結以往“神舟”系列飛船加注階段工作經驗、吸收原有加注廠房和其他發射場加注廠房的優點的基礎上，改進了原廠房存在的不足，全面提升了加注工作的本質安全度。

1 原加注作業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”載人飛船的成功發射，一直使用酒泉衛星發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、配套設備技術水準不高等原因，在使用過程中發現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時，升降車只能預先定位、緊貼墻角，整車位姿無法自由調整，給作業帶來了很大不便，作業人員的人身安全控制難度極大。此外，不僅作為產品作業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，增加高危作業風險

在航天器總裝工藝流程中，整器級別的吊裝和轉運因其體積龐大、外形尺寸不規則、作業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運，增加了多個吊裝、轉運作業環節；且由于廠房狹小，必須采用氣墊車轉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、轉運作業的風險。

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人員安全。在以往“神舟”系列飛船的轉運過程中，出現過因更換氣墊，致使飛船發射場工作流程暫停的事件。此后飛船分系統不得不投入大量資金和人力在氣墊車的養護上，造成了不小的浪費。氣墊轉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“放炮”現象，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、調整，重復作業增多，參與氣墊車轉運的作業人員“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；室內環境溫度控制不足，極易造成燃料非正常揮發[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。新廠房本質安全度全面提高、作業流程優化、儀器設備改進、安全防護措施完備，主要體現在以下幾個方面。

2.1 作業空間加大，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倍的轉運車寬度，極大地改善了作業空間，使得飛船分系統吊裝作業所使用的3部大型升降車得以靈活地在場地中運行，便于作業人員在高空隨時調整位姿，從根本上提高了作業環境的安全性。同時，天宮、飛船轉運車的牽引模式得到了優化，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境的污染，并且由于電動牽引車體積較小，可以靈活調頭，從而帶動轉運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，各類車輛可以平穩行駛。

2.2 加注扣罩工位一體化，流程優化

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運，有效減少了加注階段高危作業環節。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環節，縮短了作業時間。通過合理設計、優化流程、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工位間的轉運、吊裝作業，徹底解決了使用轉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標準規定，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、通風系統、電力防爆系統、消防系統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實現真正意義上的物理隔離。

2.4 檢測、監控手段的改進

“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測，有效提高了監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，當待測物質經紫外燈照射，原來穩定的分子結構被電離，產生正離子與電子，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。

加注廠房內設置了全方位的圖像監控系統，對加注過程的每個環節、每個重要部位，通過視頻進行實時監控，為安全管理工作順利開展創造了有利條件。

3 結束語

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射基地的先進理念，總結了以往7艘飛船作業過程的成功經驗，同時引進了行業領先的安全控制技術和設備，成為國內最大的、功能最齊全、各種安全防護措施最先進的加注廠房。同時，載人航天器發射場加注階段工作流程也隨著保障條件的改善而大幅優化，有效減少了危險作業環節，在提高效率的同時大幅降低了安全事故發生的概率。“天宮一號”、“神舟八號”加注工作的圓滿完成，驗證了流程優化的必要性和可行性，為后續型號任務的順利開展提供了寶貴的經驗。

（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要求[S], 2004

[5]QJ 2867A—2008 危險點控制管理規定[S], 2008

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

[7]Q/QJA 22—2004 載人航天型號發射場技術安全管理規定[S], 2004