2.關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

　　東風(fēng)四號是中國第一種兩級液體導(dǎo)彈。從技術(shù)上講，它最大的難關(guān)是突破多級火箭技術(shù)。衡量火箭的一個重要技術(shù)參數(shù)是質(zhì)量比，即火箭起飛質(zhì)量與火箭空重之比。質(zhì)量比越大，意味著推進劑的攜帶量越大，火箭的飛行時間也就越長，它所能達到的最大速度也就越大。但是，從技術(shù)的可實現(xiàn)上看，提高火箭的質(zhì)量比是有限度的。當(dāng)火箭質(zhì)量比達到一定程度，如8-10左右，火箭結(jié)構(gòu)強度和可靠性就會大大下降。另一方面，在火箭不斷飛行過程中，推進劑不斷消耗，而結(jié)構(gòu)質(zhì)量不變，火箭的加速能力持續(xù)下降。綜合起來，單級火箭在工程技術(shù)的可實現(xiàn)上，達不到發(fā)射衛(wèi)星所需要的最小速度，即第一宇宙速度。同樣的原因，由于單級火箭所能達到的最大速度不高，也就很難達到遠程導(dǎo)彈所要求的飛行距離(射程)。因此，遠程導(dǎo)彈和運載火箭都必須采用多級火箭。

　　多級火箭的級間分離難度很大。一方面要保證在分離時，火箭能夠保持姿態(tài)穩(wěn)定;一方面第二級發(fā)動機要實現(xiàn)可靠點火。多級火箭的分離既不能過早，也不能過遲，更不允許該分離而不分離。這就要求它的分離要及時、準確、可靠、安全。通常多級火箭的分離有熱分離和冷分離的兩種辦法。

　　熱分離的基本程序是：在第一級工作的末尾，啟動第二級發(fā)動機，然后關(guān)閉第一級發(fā)動機，并起爆炸斷聯(lián)結(jié)件。這種分離主要靠第二級火箭發(fā)動機的燃氣流推開第一級，同時又使第二級在啟動之前受到軸向推力作用而保證啟動的可靠性，因而該方法簡便、可靠。不過，在分離時第二級無疑要受到較大的擾動，并且要多消耗一些推進劑。

　　冷分離又稱減速分離，它的分離指令程序一般是：在第一級工作的末尾，先使級間聯(lián)結(jié)件爆破斷開，然后啟動第一級的制動火箭或其他制動裝置，再啟動第二級的火箭發(fā)動機。在這種情況下，級間分離機構(gòu)的組件少、也較輕，工作過程不會受到很大的軸向、側(cè)向、振動等作用力的影響，級問分離平穩(wěn)。但是，這種分離方式，對于控制系統(tǒng)的精度要求較高。

　　東風(fēng)四號是中國第一種兩級火箭，為保證級間分離的可靠性，因而決定采用可靠性較高的熱分離方案。通過分離運動學(xué)計算，級間氣動力和氣動熱計算以及級間分離風(fēng)洞試驗和1:1地面分離試驗等一系列研究和試驗，選擇合理的分離程序。同時在結(jié)構(gòu)上采用斜拉金屬桿式級間段，中間保留了很大的空隙，以便于第二級噴焰能順利排出;在第一級推進劑儲箱前底上，安裝玻璃鋼隔熱層，以防在兩級分離時二級發(fā)動機燃氣流燒穿一級儲箱前底。分離姿態(tài)控制技術(shù)同樣是一個新課題。由于先點火、后分離，在分離過程中姿態(tài)控制系統(tǒng)不能立即接通，而使導(dǎo)彈處于暫時失控狀態(tài)。在分離干擾作用下可能產(chǎn)生較大的姿態(tài)角偏差。為防止二級起控時舵角飽和，在可能出現(xiàn)較大分離干擾的波道中，控制系統(tǒng)放大倍數(shù)在開始幾秒取低于額定值，這樣級間分離段姿態(tài)能始終保持穩(wěn)定，從而解決了分離的狀態(tài)控制問題。

　　東風(fēng)四號二級發(fā)動機YF-3與一級單管發(fā)動機YF-1相比有較大變化與改進：渦輪泵固定在推力室身部側(cè)面;使用了承壓能力高的蝶形膜片式的氣動活門;用小機架把推力傳遞到儲箱錐底;工藝上首次大量采用精密鑄造零件，提高了質(zhì)量和性能，同時還采用爆炸成型工藝，生產(chǎn)出集合器彎管等組件;采用了大面積比的玻璃鋼噴管延伸段;推力室頭部再生冷卻隔板改用燃料冷卻，使氧化劑全部流經(jīng)推力室身部等。

　　由于YF-3是在接近真空條件下工作的，為了充分發(fā)揮高空發(fā)動機的效能，采用了大面積比的噴管，這樣可使燃氣充分膨脹，從而提高了發(fā)動機比推力，使推進劑的化學(xué)能最大限度地轉(zhuǎn)化成發(fā)動機的動能。在方案論證階段，曾選擇輻射冷卻化銑鈦合金噴管與燒蝕玻璃鋼噴管兩種方案。一院211廠試生產(chǎn)的強力旋壓成型的鈦合金噴管延伸段先后通過了6次熱試車考驗。但由于鈦合金板材加工難度大，報廢率高，造價昂貴等原因，此方案最后被放棄，改用玻璃鋼噴管方案，由建材部251廠試制。玻璃鋼噴管取材易，成本低，并可使噴管外壁工作溫度低，對導(dǎo)彈尾艙內(nèi)的儀器和舵機的那個的熱影響小。開始試制是采用低壓固化玻璃布帶工藝，在發(fā)動機熱試車中，噴管延伸段多次斷裂，導(dǎo)致試車失敗。材料工藝研究所提出高壓固體工藝，并采用改變樹脂配方、改進生產(chǎn)工藝等措施后，解決了延伸段問題。