發(fā)展航天 動力先行

新一代發(fā)動機(jī)合練組裝工程技術(shù)人員商討方案。

張志敏攝

一九七○年，在簡陋環(huán)境里誕生了中國第一臺姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)。

李淑芳攝

如今，工作人員每天都會在專業(yè)廠房內(nèi)進(jìn)行一百二十噸液氧煤油發(fā)動機(jī)總裝。

張 平攝

1966年2月的一天，一輛西行列車從北京開出，窗外寒風(fēng)凜冽，車內(nèi)卻是另一番景象，年輕的工程技術(shù)人員正在熱烈地談?wù)撝麄兇诵械哪康牡?mdash;—陜西鳳縣。這些來自五湖四海的年輕人即將在秦嶺大山深處一個小山溝揮灑青春的汗水，建設(shè)一處液體火箭發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)基地。這個代號為067的基地就是后來中國航天科技集團(tuán)有限公司第六研究院(以下簡稱“航天六院”)的前身。

50多年過去了，航天六院自主研制的100多種不同型號、不同性能、不同用途的液體火箭發(fā)動機(jī)及空間推進(jìn)系統(tǒng)，為“神舟”飛天、“嫦娥”奔月和各類衛(wèi)星發(fā)射提供了動力保證，因其高可靠性、高成功率的特點，被譽(yù)為中國的“金牌動力”。

近日，本報記者來到位于陜西西安的航天六院總部、11所、7103廠、165所抱龍峪試車臺等地，了解液體火箭發(fā)動機(jī)研制背后的故事。

“那時只想早日完成研制任務(wù)，沒有一個人叫苦”

走進(jìn)展廳，一幅幅黑白照片將時間帶回到上世紀(jì)60年代秦嶺的大山之中，中國液體火箭發(fā)動機(jī)研制的艱辛之路——這幅波瀾壯闊的歷史畫卷在記者面前依次展開。

當(dāng)年，火車停在秦嶺南麓一處不起眼的小站時，067基地的建設(shè)者們傻了眼。道路不平、電燈不明、電話不靈，基礎(chǔ)設(shè)施什么也沒有。上世紀(jì)60年代中期，秦嶺山溝中貧困落后的生活狀況可想而知。當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)第一次見到解放汽車時，嚇得直往玉米地里鉆。當(dāng)隨車人員告訴他們這只是一種運輸工具時，老鄉(xiāng)們才打消了顧慮。聽說這是運輸用的大家伙，習(xí)慣喂牛喂馬的老鄉(xiāng)竟抱著柴草過來，要“喂汽車”。

毛竹、油氈、鐵絲等簡易材料搭建的茅草房里正在進(jìn)行著中國最尖端的科研工作。當(dāng)時的科技工作者寫過這樣一首詩“竹竿架起座座房，竹簾一掛就當(dāng)墻，墻上開洞當(dāng)窗戶，泥巴抹墻兩面光，莫道房間太陰暗，同志個個心里亮。”正是這種積極樂觀和無私無畏的奉獻(xiàn)精神的寫照，他們憑此締造了遠(yuǎn)程火箭發(fā)動機(jī)從無到有的神話。

1965年，根據(jù)中央加強(qiáng)三線建設(shè)的指示精神，國家主管火箭等航天器研制的第七機(jī)械工業(yè)部把建設(shè)大推力液體燃料火箭發(fā)動機(jī)研制基地作為一項緊迫而重要的任務(wù)。經(jīng)過實地踏勘、反復(fù)討論，將一條狹長的“夾皮溝”作為067基地的建設(shè)地址。這條延綿17公里的小山溝——紅光溝，成了航天人的“廣闊天地”，誕生了中國大型液體火箭發(fā)動機(jī)的“基本型”——遠(yuǎn)程火箭一二級發(fā)動機(jī)，被航天人稱為“山溝里飛出的金鳳凰”。

1970年，遠(yuǎn)程火箭發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)任務(wù)轉(zhuǎn)入067基地，在方案論證時面臨選擇什么樣的推進(jìn)劑、研制多大推力的發(fā)動機(jī)、采用什么樣的系統(tǒng)方案三大抉擇，專家們相繼克服燃燒不穩(wěn)定、系統(tǒng)液體壓力脈動與推力室聲振相耦合產(chǎn)生的中頻振動危害、渦輪泵研制三大技術(shù)難關(guān)。

其中姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)的研制令記者印象深刻。很難想象，先進(jìn)的遠(yuǎn)程火箭姿控發(fā)動機(jī)竟然是在一個由廁所改造的簡易試驗室里搞出來的!

原067基地發(fā)動機(jī)主任設(shè)計師傅永貴回憶，當(dāng)時067基地相關(guān)試驗場所非常缺乏，試驗室外河溝邊上有一個很少有人用的廁所，他和同事研究了改裝方案后獲得上司同意。隨后，大家把蓄糞池里的大糞掏凈，用河溝水沖洗干凈后，做污水池。用水泥堵上各蹲坑，女廁所做試驗間，男廁所做試驗控制、操作間，兼做裝配間，在男、女廁所中間隔墻上打個洞，安上有機(jī)玻璃做防爆觀察窗。在廁所旁邊搭個臨時棚做介質(zhì)間，請水電工安裝了電線、電燈，還裝了取暖器，終于改造出了一間“廁所試驗室”。

看似又破又小的“廁所試驗室”，完成了姿控發(fā)動機(jī)除整機(jī)和高空模擬試驗外的幾乎所有肼催化分解推力室的各種單機(jī)攻關(guān)試驗，以及后來進(jìn)行的一些其他單組元研究性試驗。“這大大加快了肼催化分解推力室的研制進(jìn)度，為單組元肼分解推力室的研制爭得寶貴時間。也為當(dāng)時進(jìn)行正規(guī)姿控試驗室的建設(shè)，爭取了更充足的人力和時間。”傅永貴表示。

由于要攻克的關(guān)鍵項目多，要驗證的方案也多，試驗頻率特別高，經(jīng)常是一連幾周白天、晚上不停地試。傅永貴回憶，那時防護(hù)條件極差，也沒什么保健措施，整天在肼及分解氣體環(huán)境中熏，頭暈?zāi)X脹、眼睛紅腫、惡心、吃不下飯、晚上睡不著覺是常有的事，回家全身都有很大的肼味。“但那時只想早日完成研制任務(wù)，沒有一個人叫苦。”

“廁所試驗室”建成后，傅永貴所在團(tuán)隊先后突破了催化劑關(guān)、頭部隔熱關(guān)等一系列技術(shù)難關(guān)，最終成功研制出中國第一臺姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)，這臺發(fā)動機(jī)也被幽默地稱為“廁所發(fā)動機(jī)”，成為火箭精確入軌、飛船完美對接的關(guān)鍵。而這背后，是“廁所試驗室”里用過的200多臺次試驗件和多達(dá)數(shù)十萬次的起動測試……

終于，1980年5月18日，在廣袤無垠的戈壁灘上，隨著指揮員一聲“點火”指令，中國第一枚遠(yuǎn)程運載火箭發(fā)射升空，火箭回收艙準(zhǔn)確降落到太平洋預(yù)定海域，全國上下一片歡騰。

“中國航天未來要想在世界占有一席之地，就要盡快研制新一代火箭發(fā)動機(jī)”

1985年夏末的北京酷暑難耐，熱風(fēng)在樹葉間打轉(zhuǎn)，發(fā)出“沙沙”的聲響。在國務(wù)院第一招待所，中國宇航學(xué)會代表大會上，中國航天界的耆宿新秀濟(jì)濟(jì)一堂，正在共商中國航天發(fā)展大計。

當(dāng)時中國長征系列運載火箭發(fā)動機(jī)雖然已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但與蘇聯(lián)、美國等航天大國相比還有不小的差距。推力小，循環(huán)方式落后，性能低，推進(jìn)劑偏二甲肼有毒有污染，是第一代液體火箭發(fā)動機(jī)存在的主要問題。

輪到時任067基地主任張貴田發(fā)言，針對這一問題，他的一席話激起千層浪：“中國航天未來要想在世界占有一席之地，就要盡快研制新一代火箭發(fā)動機(jī)，而且要高起點、高標(biāo)準(zhǔn)、向國際一流水平看齊。”這一觀點立即引起與會專家的熱議。隨著國家“863”委員會提出相關(guān)構(gòu)想，航天動力系統(tǒng)的發(fā)展迎來轉(zhuǎn)機(jī)。

從1985年提出研制中國航天新動力的設(shè)想開始，到確定攻關(guān)液氧煤油發(fā)動機(jī)，再到2000年液氧煤油發(fā)動機(jī)正式得到國家立項批復(fù)，067基地走過了整整15年，克服了材料稀缺、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度大等一系列挑戰(zhàn)，終于在2001年4月15日，液氧煤油發(fā)動機(jī)第一臺整機(jī)在航天六院7103廠總裝廠房誕生。

與常規(guī)發(fā)動機(jī)相比，液氧煤油發(fā)動機(jī)具備4大優(yōu)勢。首先，從推進(jìn)劑原料方面來說，液氧、煤油來源廣泛、價格低廉。其平均價格比現(xiàn)役火箭的推進(jìn)劑低一個數(shù)量級。同時，更加綠色環(huán)保，能有效減少火箭發(fā)動機(jī)試驗、檢測、發(fā)射給周邊環(huán)境帶來的影響。在秦嶺終南山中的165所新一代火箭發(fā)動機(jī)試車臺，每次試車都有慕名前來的航天愛好者和游客觀看，試車產(chǎn)生的煙霧中主要是水蒸氣和氧氣，對人體沒有危害。液氧煤油發(fā)動機(jī)的研制成功并實現(xiàn)太空飛行，實現(xiàn)了中國火箭動力從常規(guī)有毒至綠色環(huán)保的巨大跨越。其次，液氧煤油發(fā)動機(jī)采用了世界上最先進(jìn)的高壓補(bǔ)燃循環(huán)系統(tǒng)，性能高;120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)，采用自身起動，起動系統(tǒng)的可靠性更高。三是推力可調(diào)節(jié)。四是地面熱試車可重復(fù)使用。與常規(guī)發(fā)動機(jī)只能一次性使用相比，液氧煤油發(fā)動機(jī)在地面可重復(fù)試車，從而節(jié)約研試成本，縮短研制周期。而且，每臺發(fā)動機(jī)交付前，均要進(jìn)行工藝檢定試車，大大提高了火箭飛行的可靠性及性能。

2012年5月，120噸液氧煤油高壓補(bǔ)燃發(fā)動機(jī)通過國家驗收，7月29日，120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)在極限環(huán)境下試車成功，標(biāo)志著中國成為世界上第二個完全掌握液氧煤油高壓補(bǔ)燃循環(huán)液體火箭發(fā)動機(jī)核心技術(shù)的國家。2015年9月，中國新一代運載火箭首飛箭——長征六號運載火箭首飛成功。液氧煤油發(fā)動機(jī)相繼助推長征七號、長征五號等新一代運載火箭成功首飛。

“中國正在研制的最大推力火箭發(fā)動機(jī)，對支撐載人登月及深空探測具有重要意義”

從萬戶飛天到嫦娥奔月，千百年來，浩瀚無際的宇宙始終是中國人向往的神秘所在，無數(shù)文人騷客留下了吟詠太空的華章。然而，真正實現(xiàn)在宇宙中遨游的夙愿，實現(xiàn)登月夢想、進(jìn)行深空探測必須研制出更大推力的火箭發(fā)動機(jī)。

“發(fā)展航天、動力先行。”火箭是目前實現(xiàn)宇宙飛行的唯一動力裝置，而火箭的心臟就是發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的推力大小決定了其有效載荷的多少，通俗地講，就是能帶多重的東西上天。目前中國航天技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先地位，據(jù)介紹，中國有30%的航天技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際一流水平，但與俄羅斯、美國等航天強(qiáng)國相比還有很大差距。目前，中國已啟動實施重型運載火箭與火星探測等一批新的重大科技項目和重大工程，大推力火箭發(fā)動機(jī)的研制迫在眉睫。

載人航天、深空探測已經(jīng)成為各航天大國競爭的前沿，隨著中國綜合國力的增強(qiáng)，大幅度提高液體火箭發(fā)動機(jī)的有效載荷成為影響登月工程、深空探索的關(guān)鍵因素之一。今年3月，由航天六院研制的500噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器-渦輪泵聯(lián)動試驗取得成功，標(biāo)志著中國500噸級重型運載火箭發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及方案深化論證達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

“推舉重型運載火箭的三型液體火箭發(fā)動機(jī)，能夠?qū)l(fā)動機(jī)最大推力提高到500噸級，是中國現(xiàn)役發(fā)動機(jī)最大推力的4倍以上。中國正在研制的最大推力火箭發(fā)動機(jī)，對支撐載人登月及深空探測具有重要意義。”航天六院院長劉志讓說：“目前已經(jīng)完成的燃?xì)獍l(fā)生器渦輪泵聯(lián)動試驗，這也是極為重要的一環(huán)，未來還有優(yōu)化設(shè)計、生產(chǎn)制造、試驗驗證、可靠性提升等一系列工作，距離工程化應(yīng)用還需要較長的路要走，唯有高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務(wù)、高效益推動航天強(qiáng)國和國防建設(shè)，方能彰顯航天六院作為中國航天液體動力國家隊的使命和責(zé)任。”

5月的終南山云霧繚繞，天空飄著蒙蒙細(xì)雨，站在秦嶺終南山165所抱龍峪試車臺，想象著一個多月前聯(lián)動試驗的場景，記者很感慨。正在忙碌著籌備下一次試驗的技術(shù)人員站起身來，指著試車臺對面的一座小山包介紹說：“未來，我們計劃在這里建設(shè)一個更加現(xiàn)代化的試車臺，滿足大推力火箭發(fā)動機(jī)的相關(guān)試驗需要。”

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