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“长征五号”浴火重生记

2020-03-16

华声文萃 2020年2期
关键词:失利旭东研制

被誉为中国航天之父的钱学森曾经说过:科学试验如果次次都能成功,那又何必试验呢?经过挫折和失败,会使我们变得更聪明。

“长征五号”的“凤凰涅槃”之旅,就是眼下一个最好的例证。

2017年7月,“长征五号”第二次发射遭遇失利,这则消息像阴霾一样笼罩在国人心头,并一度引发质疑。如今,这枚中国最大火箭历时900多天“浴火重生”,再次出征。2019年12月27日,伴随着一阵震天轰鸣,“长征五号”第三次飞行之旅宣布成功!

惊心动魄2小时43分钟

早在1986年,我国就已经开展了新一代运载火箭的论证,从上世纪90年代中期开始,针对新一代火箭发动机的研究提上日程。2016年,经过30年论证研制的新一代大火箭——“长征五号”首飞成功,万众瞩目。

然而,首飞成功的背后,也有“差一点失败”的插曲。

胡旭东是“长征五号”首飞任务01指挥员。他至今记得,那是2016年11月3日,发射时间从原定的18时整,推迟到20时43分。其间经历令人窒息的6次时间重置,甚至一度面临发射任务被迫取消的考验。

观看发射的人们因此记住      了那“有惊无险”的特殊时刻,也對这枚拉开中国大运载时代序幕的火箭多了几分直观的认识。

时间回拨到当天17时30分,测发大厅气氛突然紧张起来,数百名科技人员的目光一齐投向大屏——由于火箭一级循环预冷泵无法正常启动,火箭“发烧”了。此刻大屏上显示的温度是238K,远高于110K的起飞标准……

据胡旭东回忆,这时任务指挥部研究决定,如果到了19时30分,发动机预冷效果还达不到发射条件,将启动推进剂泄回程序,取消此次发射任务。

19时28分,距离“底线”时间仅剩两分钟,发动机温度降至预定值,火箭成功“退烧”。

“设定点火时间为20时40分。”胡旭东大大地呼出了一口气。然而,即便是临发射前的最后关头,紧急情况却一再发生。

20时40分,距离最后发射仅余1分钟,胡旭东刚下达“1分钟准备”口令,突然听到控制系统指挥员韦康发出“中国航天史上最牛的口令”:“01,中止发射!”

“怎么回事?”这一刻,胡旭东不由自主地站起来,脱口而出问了一句。

发射前10秒,胡旭东开始倒计时计数,突然又接到韦康“请稍等”的请求。

“中止发射!”胡旭东叫停了发射程序,再一次组织排查故障原因。问题最终得以解决。

“点火”口令终于下达,火箭腾空而起。

人们欢呼的背后,包括胡旭东在内的航天人开始整理分析发射数据,他们要面对的是63万条原始数据——这些关乎着中国大火箭下一次能否依旧“转危为安”。

猜到了开头 却没猜到结局

“长征五号”的前两次发射任务,中国工程院院士、中国航天科技集团一院长征系列火箭总设计师龙乐豪都在现场。第二次发射,对很多在现场的人来说,“原本称得上十分顺利”。“起飞前不像“长征五号”遥一(即第一次飞行任务,下同)那样惊心动魄。”龙乐豪说,遥二的发射现场,最初几分钟“要平静得多”“要好得多”。

他当时还在想,“这或许是有了第一次的曲折经历,暴露出一些问题,继而做了大量改进工作,有经验了,心态比较平稳”。

的确,“长征五号”从文昌航天发射场第二次起飞之后,前面几分钟的飞行一切正常。但飞行300多秒后,问题出现了。

“突然之间,(“长征五号”)飞行曲线就不大对头了……”在文昌航天发射场测发大厅,龙乐豪从大屏幕上看到,曲线不是按照他们预定的方向往上跑,而是在往下“掉”。

他心头一紧:飞行曲线往下掉,就意味着火箭在渐渐失去推力,推力不够,火箭就没有加速度,就不能克服重力场的作用。

“那时,我预感到‘完了,这一次发射要失败了……”龙乐豪说。

测发大厅一片寂静。

一位在现场的测控队员告诉记者,他们的心,就像大屏幕上的飞行曲线一样,“一直往下掉”,很多人都默默流下了眼泪。

当晚,新华社发布了任务失利的快讯。

又是发动机 到底难在哪

2018年4月16日,国家航天局对外发布“长征五号”遥二火箭故障调查情况,其中提到,“长征五号”遥二火箭飞行至346秒时突发故障。故障原因为:芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使发射任务失利。

发动机,又是发动机,是的,这个曾一度刺痛国人的航空领域关键技术的字眼,这一次在航天领域成了“绊脚石”。

大火箭,自然离不开大推力,而大推力,就离不开发动机。在“长征五号”之前,我国现役火箭发动机单台推力最大只有70吨左右,想要发射超大型航天器,就显得“力不从心”了。

新型的大推力发动机应运而生。根据中国航天科技集团六院党委书记周利民的说法,经过15年不懈攻关,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机,被装配在“长征五号”的4个助推器上,4台全新研制的氢氧发动机,则在一级和二级火箭上各装配了两台。

周利民有一个形象的说法,研制发动机的难度就像攀登珠穆朗玛峰,“一些外国专家说,即使我们设计出来,我们也不可能把它制造出来。” 这其中,遥二任务出现故障的氢氧发动机,更是“难上加难”。

周利民至今记得,面对全新的发动机,研制团队开始了夜以继日的科技攻关,几十种新材料、100多种新工艺一一被攻克。然而,发动机的起动成为最大的“拦路虎”。

周利民说,起动阶段整个发动机处在不稳定的动态过程里,因为转速从静止状态转到几万转,温度要从低温状态进入到高温状态,我们的控制时序都是以毫秒级来控制动作的,任何一个动作配合不好,没达到预想的结果都可能导致失败。

最初让研制团队备受打击的是,“长征五号”首飞所用的发动机样机研制出来后,其试车结果连续4次均遭失败:两次起动爆炸,两次燃气系统烧毁。这些对整个研制队伍、设计队伍的信心打击非常大,“很多人做梦都梦见爆炸的场景,吃不下饭,睡不好觉”。

揪出“魔鬼” 消灭“敌人”

而这些,还只是中国航天人在发动机研制阶段所遭遇的“痛不欲生”。“长征五号”遥二任务失利后,这些人面对的压力变得更大,他们甚至将出现故障的发动机问题称之为“魔鬼”。

中国航天科技集团六院一位试验队员告诉记者,为了揪出“魔鬼”,消灭“敌人”,研制团队这两年多承受的煎熬、困苦、曲折、质疑,前所未有。所经历的磨砺、拼搏、奋斗、攻关,也是研制历史中罕见的。特别是那些隐藏很深的“魔鬼”,战斗之紧张之复杂,更是前所未有。

“‘魔鬼时不时突然冒出来,蒙蔽研制团队的视线,甚至把他们逼进了伸手不见五指的无边深渊。但研制团队并没有被黑暗所吓倒,没有被击垮。”周利民说。

“长征五号”遥二火箭失利后,经过100余天的故障排查与定位,以及180余天的试验验证,失利的原因终于确认。此后,根据故障调查的结论,研制团队对芯一级氢氧发动机进行了设计改进,从结构、材料和工艺等方面都采取了相应的改进措施,提高了对飞行环境的适应性。

故障原因找到了,查明了,也改进了。一切看起来都是那么的顺利。

然而,新问题又来了。

归零过程 一波三折

2018年11月30日,改进后的芯一级氢氧发动機,在长程试车过程中出现问题。

这一次航天人反应更快,根据故障原因,研制团队对发动机的局部薄弱环节进行了改进,提高了结构的动强度裕度。

2019年3月29日,发动机试车故障的归零工作及改进验证全部完成——两次长程试车验证顺利通过,第二次的问题就这样解决了。

但很快,他们就迎来了第三次“遭遇战”。

2019年4月4日,在“长征五号”遥三火箭的总装工作进入到最后阶段时,一台用于后续任务的芯一级氢氧发动机,在试验数据分析过程中,出现了“异常振动频率”。

真可谓一波三折,再次验证了那句话:科学探索的道路从来不是坦途。

“不带一丝疑虑上天!”总设计师李东说,研制人员顺藤摸瓜,找到了问题的“症结”所在——发动机局部结构,对复杂力热环境非常敏感,容易引起共振,一旦激发,不易衰减。

2019年7月,研制人员完成了对发动机的结构改进,并完成了十几次大型地面试验。至此,困扰“长征五号”两年多的发动机问题,终于排查完毕。

根据中国航天科技集团一院的统计,“长征五号”从2017年7月2日遥二失利,到2019年12月27日遥三发射成功,历时908天,累计进行了40余次关键技术试验。

908个日夜,无数次跌倒后又重新爬起。而最大的“硬骨头”——氢氧发动机,也在两年多时间里完成了凤凰浴火、涅槃重生。

按照龙乐豪的说法,900多天,这样的间隔时间——超出了任务失利后再进行后续飞行的周期,在长征火箭的历史上是属于比较长的,他印象里甚至还没有间隔这么长时间的“归零”。

如今,“长征五号”终于打赢这场“翻身之战”,它也成为中国航天2019年最具标志性的事件。

(摘自《中国青年报》 邱晨辉/文)

【链接】

“长征五号”遥三运载火箭发射成功的意义

“长征五号”运载火箭是我国运载火箭升级换代的工程,作为我国首型大推力无毒无污染液体火箭,创新难点多,技术跨度大,复杂程度高。火箭采用全新5米芯级直径箭体结构,捆绑4个3.35米直径助推器,总长57米,起飞重量约870吨,近地轨道运载能力25吨级,地球同步转移轨道14吨级,地月转移轨道运载能力8吨级,整体性能和总体技术达到国际先进水平。

“长征五号”遥三运载火箭发射试验的成功,意味着我国具备发射更重的航天器,或将航天器送向更远的深空的能力,是实现未来探月工程三期、首次火星探测、载人航天等国家重大科技专项和重大工程的重要基础和前提保障。

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