听!火箭“心脏”跳动的声音

——中国液体火箭发动机研制背后的故事

2019-05-17 04:14:42来源:海外网
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新一代发动机合练组装工程技术人员商讨方案。   张志敏摄

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一九七○年,在简陋环境里诞生了中国第一台姿态控制发动机。   李淑芳摄

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如今,工作人员每天都会在专业厂房内进行一百二十吨液氧煤油发动机总装。   张 平摄

1966年2月的一天,一辆西行列车从北京开出,窗外寒风凛冽,车内却是另一番景象,年轻的工程技术人员正在热烈地谈论着他们此行的目的地——陕西凤县。这些来自五湖四海的年轻人即将在秦岭大山深处一个小山沟挥洒青春的汗水,建设一处液体火箭发动机研制生产基地。这个代号为067的基地就是后来中国航天科技集团有限公司第六研究院(以下简称“航天六院”)的前身。

50多年过去了,航天六院自主研制的100多种不同型号、不同性能、不同用途的液体火箭发动机及空间推进系统,为“神舟”飞天、“嫦娥”奔月和各类卫星发射提供了动力保证,因其高可靠性、高成功率的特点,被誉为中国的“金牌动力”。

近日,本报记者来到位于陕西西安的航天六院总部、11所、7103厂、165所抱龙峪试车台等地,了解液体火箭发动机研制背后的故事。

“那时只想早日完成研制任务,没有一个人叫苦”

走进展厅,一幅幅黑白照片将时间带回到上世纪60年代秦岭的大山之中,中国液体火箭发动机研制的艰辛之路——这幅波澜壮阔的历史画卷在记者面前依次展开。

当年,火车停在秦岭南麓一处不起眼的小站时,067基地的建设者们傻了眼。道路不平、电灯不明、电话不灵,基础设施什么也没有。上世纪60年代中期,秦岭山沟中贫困落后的生活状况可想而知。当地老乡第一次见到解放汽车时,吓得直往玉米地里钻。当随车人员告诉他们这只是一种运输工具时,老乡们才打消了顾虑。听说这是运输用的大家伙,习惯喂牛喂马的老乡竟抱着柴草过来,要“喂汽车”。

毛竹、油毡、铁丝等简易材料搭建的茅草房里正在进行着中国最尖端的科研工作。当时的科技工作者写过这样一首诗“竹竿架起座座房,竹帘一挂就当墙,墙上开洞当窗户,泥巴抹墙两面光,莫道房间太阴暗,同志个个心里亮。”正是这种积极乐观和无私无畏的奉献精神的写照,他们凭此缔造了远程火箭发动机从无到有的神话。

1965年,根据中央加强三线建设的指示精神,国家主管火箭等航天器研制的第七机械工业部把建设大推力液体燃料火箭发动机研制基地作为一项紧迫而重要的任务。经过实地踏勘、反复讨论,将一条狭长的“夹皮沟”作为067基地的建设地址。这条延绵17公里的小山沟——红光沟,成了航天人的“广阔天地”,诞生了中国大型液体火箭发动机的“基本型”——远程火箭一二级发动机,被航天人称为“山沟里飞出的金凤凰”。

1970年,远程火箭发动机研制生产任务转入067基地,在方案论证时面临选择什么样的推进剂、研制多大推力的发动机、采用什么样的系统方案三大抉择,专家们相继克服燃烧不稳定、系统液体压力脉动与推力室声振相耦合产生的中频振动危害、涡轮泵研制三大技术难关。

其中姿态控制发动机的研制令记者印象深刻。很难想象,先进的远程火箭姿控发动机竟然是在一个由厕所改造的简易试验室里搞出来的!

原067基地发动机主任设计师傅永贵回忆,当时067基地相关试验场所非常缺乏,试验室外河沟边上有一个很少有人用的厕所,他和同事研究了改装方案后获得上司同意。随后,大家把蓄粪池里的大粪掏净,用河沟水冲洗干净后,做污水池。用水泥堵上各蹲坑,女厕所做试验间,男厕所做试验控制、操作间,兼做装配间,在男、女厕所中间隔墙上打个洞,安上有机玻璃做防爆观察窗。在厕所旁边搭个临时棚做介质间,请水电工安装了电线、电灯,还装了取暖器,终于改造出了一间“厕所试验室”。

看似又破又小的“厕所试验室”,完成了姿控发动机除整机和高空模拟试验外的几乎所有肼催化分解推力室的各种单机攻关试验,以及后来进行的一些其他单组元研究性试验。“这大大加快了肼催化分解推力室的研制进度,为单组元肼分解推力室的研制争得宝贵时间。也为当时进行正规姿控试验室的建设,争取了更充足的人力和时间。”傅永贵表示。

由于要攻克的关键项目多,要验证的方案也多,试验频率特别高,经常是一连几周白天、晚上不停地试。傅永贵回忆,那时防护条件极差,也没什么保健措施,整天在肼及分解气体环境中熏,头晕脑胀、眼睛红肿、恶心、吃不下饭、晚上睡不着觉是常有的事,回家全身都有很大的肼味。“但那时只想早日完成研制任务,没有一个人叫苦。”

“厕所试验室”建成后,傅永贵所在团队先后突破了催化剂关、头部隔热关等一系列技术难关,最终成功研制出中国第一台姿态控制发动机,这台发动机也被幽默地称为“厕所发动机”,成为火箭精确入轨、飞船完美对接的关键。而这背后,是“厕所试验室”里用过的200多台次试验件和多达数十万次的起动测试……

终于,1980年5月18日,在广袤无垠的戈壁滩上,随着指挥员一声“点火”指令,中国第一枚远程运载火箭发射升空,火箭回收舱准确降落到太平洋预定海域,全国上下一片欢腾。

“中国航天未来要想在世界占有一席之地,就要尽快研制新一代火箭发动机”

1985年夏末的北京酷暑难耐,热风在树叶间打转,发出“沙沙”的声响。在国务院第一招待所,中国宇航学会代表大会上,中国航天界的耆宿新秀济济一堂,正在共商中国航天发展大计。

当时中国长征系列运载火箭发动机虽然已经取得了很大的进步,但与苏联、美国等航天大国相比还有不小的差距。推力小,循环方式落后,性能低,推进剂偏二甲肼有毒有污染,是第一代液体火箭发动机存在的主要问题。

轮到时任067基地主任张贵田发言,针对这一问题,他的一席话激起千层浪:“中国航天未来要想在世界占有一席之地,就要尽快研制新一代火箭发动机,而且要高起点、高标准、向国际一流水平看齐。”这一观点立即引起与会专家的热议。随着国家“863”委员会提出相关构想,航天动力系统的发展迎来转机。

从1985年提出研制中国航天新动力的设想开始,到确定攻关液氧煤油发动机,再到2000年液氧煤油发动机正式得到国家立项批复,067基地走过了整整15年,克服了材料稀缺、结构复杂、设计难度大等一系列挑战,终于在2001年4月15日,液氧煤油发动机第一台整机在航天六院7103厂总装厂房诞生。

与常规发动机相比,液氧煤油发动机具备4大优势。首先,从推进剂原料方面来说,液氧、煤油来源广泛、价格低廉。其平均价格比现役火箭的推进剂低一个数量级。同时,更加绿色环保,能有效减少火箭发动机试验、检测、发射给周边环境带来的影响。在秦岭终南山中的165所新一代火箭发动机试车台,每次试车都有慕名前来的航天爱好者和游客观看,试车产生的烟雾中主要是水蒸气和氧气,对人体没有危害。液氧煤油发动机的研制成功并实现太空飞行,实现了中国火箭动力从常规有毒至绿色环保的巨大跨越。其次,液氧煤油发动机采用了世界上最先进的高压补燃循环系统,性能高;120吨级液氧煤油发动机,采用自身起动,起动系统的可靠性更高。三是推力可调节。四是地面热试车可重复使用。与常规发动机只能一次性使用相比,液氧煤油发动机在地面可重复试车,从而节约研试成本,缩短研制周期。而且,每台发动机交付前,均要进行工艺检定试车,大大提高了火箭飞行的可靠性及性能。

2012年5月,120吨液氧煤油高压补燃发动机通过国家验收,7月29日,120吨级液氧煤油发动机在极限环境下试车成功,标志着中国成为世界上第二个完全掌握液氧煤油高压补燃循环液体火箭发动机核心技术的国家。2015年9月,中国新一代运载火箭首飞箭——长征六号运载火箭首飞成功。液氧煤油发动机相继助推长征七号、长征五号等新一代运载火箭成功首飞。

“中国正在研制的最大推力火箭发动机,对支撑载人登月及深空探测具有重要意义”

从万户飞天到嫦娥奔月,千百年来,浩瀚无际的宇宙始终是中国人向往的神秘所在,无数文人骚客留下了吟咏太空的华章。然而,真正实现在宇宙中遨游的夙愿,实现登月梦想、进行深空探测必须研制出更大推力的火箭发动机。

“发展航天、动力先行。”火箭是目前实现宇宙飞行的唯一动力装置,而火箭的心脏就是发动机,发动机的推力大小决定了其有效载荷的多少,通俗地讲,就是能带多重的东西上天。目前中国航天技术在国际上处于领先地位,据介绍,中国有30%的航天技术指标达到国际一流水平,但与俄罗斯、美国等航天强国相比还有很大差距。目前,中国已启动实施重型运载火箭与火星探测等一批新的重大科技项目和重大工程,大推力火箭发动机的研制迫在眉睫。

载人航天、深空探测已经成为各航天大国竞争的前沿,随着中国综合国力的增强,大幅度提高液体火箭发动机的有效载荷成为影响登月工程、深空探索的关键因素之一。今年3月,由航天六院研制的500吨级液氧煤油发动机燃气发生器-涡轮泵联动试验取得成功,标志着中国500吨级重型运载火箭发动机关键技术攻关及方案深化论证达到预期目标。

“推举重型运载火箭的三型液体火箭发动机,能够将发动机最大推力提高到500吨级,是中国现役发动机最大推力的4倍以上。中国正在研制的最大推力火箭发动机,对支撑载人登月及深空探测具有重要意义。”航天六院院长刘志让说:“目前已经完成的燃气发生器涡轮泵联动试验,这也是极为重要的一环,未来还有优化设计、生产制造、试验验证、可靠性提升等一系列工作,距离工程化应用还需要较长的路要走,唯有高质量保证成功、高效率完成任务、高效益推动航天强国和国防建设,方能彰显航天六院作为中国航天液体动力国家队的使命和责任。”

5月的终南山云雾缭绕,天空飘着蒙蒙细雨,站在秦岭终南山165所抱龙峪试车台,想象着一个多月前联动试验的场景,记者很感慨。正在忙碌着筹备下一次试验的技术人员站起身来,指着试车台对面的一座小山包介绍说:“未来,我们计划在这里建设一个更加现代化的试车台,满足大推力火箭发动机的相关试验需要。”(本报记者 张鹏禹)

《 人民日报海外版 》( 2019年05月17日   第 10 版)


责编:李方及

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