军用关键新材料国产化及型号替代工作实践

◎航天动力技术研究院 邝勇 赵本利

当前，型号武器的发展对军用关键新材料的需求十分迫切，研制出满足型号要求的高性能关键新材料并实现国产化，既是未来型号武器发展的需要，也是满足当前型号研制生产的迫切要求。

近几年，航天动力技术研究院按照上级要求，在军用关键新材料国产化方面开展了一些实践活动，并取得了一定成绩，特别是在芳纶纤维国产化和国产T300级碳纤维应用研究方面实现了关键原材料的国产化，为型号研制生产作出了突出贡献。

一、需求分析

航天动力技术研究院研制生产的高性能型号固体火箭发动机是以高强、高模的壳体材料和耐冲刷、耐烧蚀、耐高温的喷管材料以及高性能的推进剂材料为基础支撑的。由于国内材料行业基础研究薄弱，研究院型号发动机关键原材料长期依赖进口，使得我国战略武器研制生产受制于人，型号物资保障供应难度极大。面对严峻的保障供应形势，研究院分析认为，我国战略固体发动机关键原材料必须尽快改变对进口的依赖，实现自主保障，这也是研究院开展军用关键新材料国产化和替代应用研究的立足点和出发点；在战略型号发动机关键材料中，芳纶纤维和碳纤维是战略导弹固体发动机应用部位最为关键、单发使用量较大的2种关键原材料，且在国内具备一定的研究基础，能够通过国产化研究及型号替代研究尽快实现型号应用，满足型号需求。

2005年，研究院在中国航天科技集团公司的大力支持下，认真分析型号固体发动机关键原材料保障供应形势，梳理固体发动机关键原材料国产化项目，提出优先开展芳纶纤维国产化和国产T300级碳纤维应用研究2个“一条龙”项目，并确保取得突破，实现我国战略导弹固体发动机关键原材料的国产化。按照要求，研究院对这2个项目进行了充分论证，提出了项目研究的目标、主要研究内容及计划节点，形成了项目任务总体要求和可行性研究报告，经国家国防科技工业局评审答辩后顺利立项。

从后续应用效果来看，正是由于芳纶纤维国产化项目和国产T300级碳纤维应用研究项目的顺利立项和实施，解决了固体火箭发动机壳体、喷管的关键原材料国产化问题，进一步提升了我国关键原材料的自主保障能力，成功实现了国产化替代，为型号研制生产奠定了基础。

二、国产化工作实践

1.落实责任，组建研究团队

针对航天动力研究院芳纶纤维国产化项目、T300级碳纤维应用研究项目，各级领导都给予了高度重视，研究院领导更是在项目前期策划、立项论证及实施的全过程中给予了支持和指导，研究院主管新材料项目工作的领导作为项目总责任人全程跟踪项目进展情况。

项目立项后，研究院按照国防科工局和航天科技集团的要求，迅速成立了项目领导小组和项目协调办公室，并参考型号科研生产管理模式成立了项目“两总”系统和项目工作组。其中，项目工作组由设计部门、生产部门、试验部门等相关人员组成，并严格落实各子项目责任人和各级各类人员的工作职责，形成了责任明确、职责清晰的工作团队，从队伍建设方面为项目按期完成提供了根本保证。

2.落实 “一条龙”管理

对于军用关键新材料国产化项目，国防科工局在总结前期新材料研制工作经验的基础上，开创性地实行了由型号应用单位牵头，材料研制单位配合的“一条龙”管理模式，要求项目牵头单位发挥抓总作用，项目承担单位密切配合。因此，在项目管理上，研究院与材料研制单位联合成立了项目工作组。材料研制单位负责按期提供项目应用研究所需的材料；研究院作为项目牵头单位负责项目抓总工作，对材料表征及工艺适应性评价，并及时向材料研制单位进行反馈，从而指导子项目工作的开展，最终确保型号应用。

在芳纶纤维国产化项目研究工作中，航天动力研究院、中蓝晨光化工研究院有限公司分别作为项目牵头单位和研制单位。在纤维研制初期各项性能指标距离型号应用差距较大的情况下，研究院一方面在对每批纤维性能进行全面测试及微观结构分析的基础上，将研制和改进意见反馈给中蓝晨光进行技术改进；另一方面指派有关专家深入纤维研制生产现场，查找纤维生产可能存在的薄弱环节，帮助中蓝晨光进行工艺调整和改进。通过双方多轮次的交流、沟通，成功地研制出了满足型号要求的国产芳纶纤维，并最终较好地完成了芳纶纤维国产化的工作。

3.严格考核，强化计划执行率

项目立项后，研究院一方面对项目研究工作进行了逐项细化，在项目可行性研究报告的基础上，制定了项目研究大纲，并经专家评审，最终形成指导项目研究全过程的纲领性文件，特别是针对项目研究主要考核节点制定了详细的节点计划，明确了牵头和研制单位与配套单位的工作责任，并下发相关单位执行。另一方面，研究院制定了军用关键新材料项目实施管理办法，加强管理，明确要求，将项目管理纳入型号科研生产管理，每月进行完成情况通报并布置下月工作计划，严格进行考核和奖惩。同时，将军用关键新材料项目作为年度工作目标纳入研究院工作会主报告，对各责任人和项目“两总”进行年度业绩考核。

近年来，在研究院型号科研生产任务异常繁重的情况下，芳纶纤维国产化项目在做好纤维表征与评价以及纤维工艺适应性研究的基础上，顺利完成了全尺寸发动机壳体的考核验证试验；国产T300级碳纤维应用研究项目顺利完成了全尺寸发动机热试车考核验证试验。

4.及时总结，固化工艺

军用关键新材料研究的最终目的是确保型号替代应用。在芳纶纤维国产化和国产T300级碳纤维应用研究项目的研究过程中，研究院做到了每月一次例会、每季一次小结、半年一次评估、年底进行工作总结，同时针对关键控制节点完成情况组织各方面专家进行汇审把关。项目工作组对每次会议提出的问题均进行了认真分析，并对相关工艺进行改进和优化，纳入研制生产工艺文件，用以指导后续研究工作。

几年来，通过不断的积累和提炼，研究院不仅成功研制出了具有中国特色的芳纶纤维和T300级碳纤维，而且积累、整理了国产芳纶纤维、碳纤维研制基础数据库，形成了一整套适应国产纤维特点的工艺技术规范、技术标准和专利技术，为型号应用奠定了基础。

2008年，研究院在开展国产T300级碳纤维的应用研究工作中，通过性能测试发现国产碳纤维单丝直径比进口碳纤维单丝直径大，如按照原先的工艺方法编制，生产出的1K碳布排纱密度大、浸润性差，用其制作出的喷管扩散段相继出现多处分层。经分析后，研究院对碳布排纱密度进行了调整，优化了浸胶工艺，最终研制出全尺寸Ⅲ级发动机和Ⅰ级发动机喷管扩散段各2套，均未出现碳布分层的质量问题。目前该工艺已经固化并指导后续型号研制工作。

三、国产化管理工作的主要成果

通过开展芳纶纤维国产化和国产T300级碳纤维应用研究项目，航天动力研究院不仅形成了多项专利技术成果和标准，攻克了多项技术难关，而且积累了国产芳纶纤维、T300级碳纤维关键特性基础数据库以及适应国产关键原材料性能特点的关键工艺技术，并在型号发动机研制生产中得到了应用。与此同时，在管理层面上，研究院积累了军用关键新材料国产化研究工作经验，形成了指导今后军用关键原材料型号应用的工作规范和工作模式，将对后续工作的开展发挥指导作用。

1.形成了新材料国产化及型号替代工作主要流程

由于固体发动机是由复合材料为主构成的，其壳体复合材料、推进剂原材料性能都与工艺密不可分。评价材料性能的高低不仅是对材料本身性能高低的评价，更重要的是对材料与工艺的适应程度的评价。好的材料就是材料与工艺的紧密结合体，新材料的成功研制和应用是其与应用工艺充分结合、高度依赖的过程。固体火箭发动机生产工艺的特殊性决定了一种新型材料要用于型号研制生产，必须经过工艺的适应性验证，一方面材料研制单位需要根据应用单位的工艺适应性研究结果进一步调整材料生产工艺，改善材料的工艺性能；另一方面，应用单位也需要对新材料的各项力学性能、物理性能以及微观结构进行深入摸索，改善型号研制生产工艺，适应新材料的性能特点。

通过开展芳纶纤维国产化和国产T300级碳纤维应用研究项目，研究院深深地认识到，要完成军用关键原材料国产化及型号替代工作，必须严格按照型号研制生产用关键原材料工作流程开展工作，并明确每个工作流程中关键标志性的考核要求。由于军用关键新材料研究工作以型号应用为突出特点，工作具有开创性，因此，研究过程必须一步一个台阶，否则将对关键原材料替代工作带来隐患。

按照型号发动机原材料替代工作要求，军用关键新材料要应用于型号研制生产，需要经历新材料研制与综合性能评价和新材料型号替代应用研究两大阶段。

关键新材料研制与综合性能评价阶段分为3个步骤：

第一步：关键新材料研制。由材料应用单位提出材料技术指标及需求，以材料研制单位为主开展新材料研制，应用单位开展材料性能评价及复验研究。这一阶段的主要工作有新材料力学、物理等基本性能测试复验。主要完成标志是材料指标体系建立、承制单位材料的性能稳定。

第二步：关键新材料工艺适应性研究。由材料研制单位提供原材料，以应用单位为主开展新材料工艺试验。这一阶段的主要工作是小型工艺试验件制作及测试，如芳纶纤维不同直径规格的容器研制及试验等。主要完成标志是用新材料制作的工艺试验件性能稳定，材料的工艺适应性良好。

第三步：新材料综合性能评价研究。由材料研制单位提供原材料，以应用单位为主开展新材料综合性能评价工作。这一阶段的主要工作有全尺寸发动机试验件的验证评价，如芳纶纤维不同直径规格的壳体研制及考核验证。主要完成标志是通过少量的全尺寸结构件考核验证，证明材料工艺稳定，性能满足设计要求且稳定。

新材料型号替代应用研究阶段主要工作由材料应用单位承担。这一阶段的工作主要是在新材料研制及综合评价的基础上开展的。材料应用单位按照型号发动机的研制生产程序及质量管理要求，开展型号发动机产品的研制生产和相应的考核验证试验，完成标志是新材料完全满足型号研制生产需求。

根据军用关键新材料国产化及型号替代工作流程，芳纶纤维的研制工作流程是材料研制、材料基本性能测试研究、材料工艺适应性研究、材料考核验证试验研究，如图1所示。从具体工作流程可以看出，军用关键新材料研制必须经过多批次的基本性能测试和工艺适应性研究及典型缩比件的工艺试验，才能逐步达到性能稳定和工艺定型，满足全尺寸结构件的考核验证试验要求，最终实现型号替代。

图1 芳纶纤维研制工作流程

2.形成应用单位牵头、研制单位配合的管理模式

总结多年新材料工作方面的经验教训，国防科工局在军用关键新材料研究方面试点实施了“一条龙”的管理模式，即由型号应用单位牵头、材料研制单位配合，形成了对军用关键新材料型号应用的责任共同体，并在落实材料研究经费的同时落实应用研究经费，从管理机制、经费保障、责任分工等方面使军用关键新材料国产化工作得到落实。芳纶纤维国产化项目作为首批“一条龙”试点项目。从实施效果来看，材料研制和应用双方能够相互协作、密切配合，“一条龙”的管理模式对军用关键材料国产化及型号替代工作的顺利进行和按期完成发挥了重要作用。同时，芳纶纤维国产化项目的成功实施和顺利完成，对军用关键新材料“一条龙”管理模式起到了进一步补充和完善的作用。

3.形成具有特色的新材料国产化管理模式

芳纶纤维国产化项目获批后，研究院立即开展项目任务分配，成立项目“两总”系统，全面组织指挥项目任务各项工作的开展，召开项目启动会，细化并明确各承担单位工作责任，按照型号科研生产管理要求，将项目任务纳入每月型号科研生产任务进行考核，开展项目工作检查，进行项目中期评估，将项目年度计划完成情况作为研究院对领导干部考核的重要内容。同时，项目经费管理要求严格执行专款专用，及时开展项目经费审计等。这些工作措施已经成为研究院在军用关键新材料管理方面的定式，在后续的几个军用关键新材料管理上得到了全面推广和应用，对研究院按期顺利完成军用关键新材料研究项目起到了保障作用。

四、未来展望

未来武器的发展对军用关键原材料的需求十分迫切，同时对自主保障能力的要求也越来越高。针对型号武器发展的未来需求，航天动力技术研究院已开展了军用关键原材料项目的梳理工作，提出了军用关键新材料“十二五”发展规划，从发动机壳体、喷管、燃烧室等领域分析了军用关键原材料面临的保障供应形势及未来发展需求，明确了更高性能的芳纶纤维研制及应用等军用关键新材料国产化项目和多项军用关键新材料研制项目。研究院将继续按照上级对军用关键新材料的管理要求，全力抓好项目的策划及实施工作，发挥应用单位项目牵头作用，加强管理，狠抓协调，按期高质量地完成军用关键新材料研究任务，满足型号武器发展对物资保障的需求。

研究院的军用关键新材料国产化研究项目在各级领导的大力支持下，取得了一定成绩，通过军用关键原材料国产化工作的开展积累了较为丰富的经验，形成了一整套行之有效的管制制度和一支作风过硬、能力较强的工作团队，为后续军用关键新材料国产化应用研究奠定了基础。但随着型号武器的发展，我国战略、战术导弹武器的关键原材料研制生产基础薄弱的现状将会凸显，型号物资保障供应形势将异常严峻，因此，抓好军用关键新材料国产化工作将是一项长期而又艰巨的任务。