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专访长征五号运载火箭副总设计师陈建华:发动机研制是刀尖上舞蹈 正攻关更强劲的“心脏”

来源:红星新闻

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以前老所长说,一个航天人只要能完完整整参加一个型号的研发,对他来说就非常幸运了,他们那代人等了几十年才赶上好时光。当时,我还不太理解,而现在,我们已经研制了不止一个型号。我认为,一个科研工作者一生中有机会真正承担国家重大型号研制任务,应该引以为荣。

2020年12月14日,嫦娥五号轨道器与返回器组合体顺利完成第一次月地转移轨道修正。这也意味着嫦娥五号距离返回地球又近了一步。

时间倒回22天前。11月23日晚上10时许,距离嫦娥五号发射不足7小时,寓意圆圆满满的4120个“成功包子”送至海南文昌航天发射基地指挥大楼,让航天一线人员能够在火箭发射前吃上一口热腾腾的包子。

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▲陈建华和同事在发射前夕吃“成功包”

在休息大厅,媒体直播镜头捕捉到长椅上一位头发稀松的中年男子,面对记者他谈笑自如。“10点半吃包子,有些人一次能吃四个。我争取吃两个,好事成双嘛。前面的阶段很完美,中间这个过程要进行检测和判定,(我)也就放松了,(发射)一定圆满成功。”

说这话的人叫陈建华,他是长征五号运载火箭副总设计师、航天科技集团六院11所液氧煤油发动机副总师。

几个小时后,11月24日凌晨4点30分,长征五号遥五运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,成功将“嫦娥五号”月球探测器送入地月转移轨道。

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▲陈建华

火箭发动机是火箭和航天器的心脏,是航天事业的基石,其发展水平决定了航天活动的规模和实力,支撑了国家进出空间、和平利用空间的能力,是国家科技水平的重要体现、国家安全的重要保障。

此次发射嫦娥五号探测器的长征五号运载火箭,配套了8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机等大小30台火箭发动机,全部来自陈建华所在的航天科技集团六院。

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▲长征五号遥五运载火箭

“发射之前为什么不紧张?因为我们已经把要担心的事情提前全部都做好了。”近日,在位于西安航天基地的航天科技集团六院11所,陈建华向红星新闻记者回忆起发射当天的场景。

“发展航天,动力先行”,对于这句话,陈建华有着深刻的认识和思考:“前辈说的话是中国航天经验的总结,发展航天离不开动力,就是要追求稳定性、安全性、可靠性和先进性。航天动力这个东西,一旦遇到拦路虎就不容易攻克。为什么我们能很快攻克,因为我们是通过几代人的努力,好不容易造就了现在的局面。”

【谈发射】

发射前一周曾出现小问题

当天迅速解决

红星新闻:您和您的团队在此次发射中承担了哪些任务?

陈建华:长征五号是大运载火箭,一般的火箭从出发到完成任务返回就一个月,而长五需要60天左右,这还不包括前期准备。所以这次发射我在文昌呆了56天,中间只有4天回西安处理了点事情,就立刻返回文昌。

发动机有成千上万个零件,核心件也有很多,交付之前已经在西安多次测试,为的就是把最好的状态打包交出去。发动机到达文昌后,在发射前,是做大量的检查工作,还是尽量少做?这是需要思考的一个问题。我们目的只有一个,就是确认它状态良好,确保上天飞行零故障。如何保证状态良好?该检测的地方一定要检测。只有你工作都做到位了,问题它才不会发生,如果工作没做到位,你在那边祈祷是没有用的。

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▲陈建华接受媒体采访

红星新闻:如何评价我们的发动机在这次发射中的表现?

陈建华:这次发射是长征五号搭载嫦娥五号,加起来我们叫十全十美。从结果看,火箭入轨精度是十环中的十环,靶心中的靶心,准确无误地将嫦娥五号送达预定轨道。我个人还是感到很自豪,可以说从发动机备料开始,到生产、试验、交付、组装、运输、检测,一直到最后的发射到达精准入轨,圆满完成任务。

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红星新闻:发射前有没有遇到什么问题?

陈建华:靶场无小事,一点点的事情都不要小看它,如果不注意它可能会不断放大,最后可能变成影响成败的大事。距离火箭发射一周前,出现了一个小小的问题,我们当时承受了巨大的压力。中午12点发现问题,下午3点通知开会,晚上5点高层都来了。我当时代表六院发言,已经把问题想清楚了,晚上10点彻底解决。当天发现问题,当天解决问题。这个时候很多人都在给我们点赞。

红星新闻:每次长五火箭发射您都在场,这次点火倒计时的时候您紧张吗?

陈建华:发射当天,发动机测试时,我们的参数全部满足要求,液氧加注也很顺利,指挥员报告说一切顺利,让大家休息一下。央视来采访的时候,我刚好在外面坐着等吃包子,视频直播中可以看到我当时的心情,整个人还是很放松的,那是在发射前一天晚上10点的时候。发射之前为什么不紧张?因为我们已经把要担心的事情都提前做好了。

当天凌晨4点30分倒计时,我们精神全神贯注,点火前所必须的最低发射条件、发动机点火前参数都必须全面满足要求才能放飞。点火的时候我一直在看参数,所有的参数一到位,我基本上就放心了。

【谈发动机】

发动机之难,难在不稳定性

红星新闻:都说火箭发动机很复杂很难,液氧煤油火箭发动机到底难在哪些地方?

陈建华:发动机这个东西,很多人不太理解,甚至有些学者也认为理论上很成熟,没什么困难。实际上,液体火箭发动机是一门试验性的科学,是技术中的“高技术”。什么意思呢?发动机一定要经过试验暴露问题才能提高可靠性,改进后再试验,是不可回避的,没有反复的锤炼不能发现问题。所以液氧煤油发动机最早期的研究小组取名“高技术组”,也反映了这种发动机的特质。

在液体火箭发动机专业术语里,有一个很让人头痛的词儿,叫“不稳定性”。一旦发生不稳定性,就很可能造成爆炸。不稳定性是液体火箭发动机研制中的第一大难关,因为它飘忽不定。难度极大。过去很少有人研究这个问题,因为它涉及到燃烧、传热、流动相关的所有问题,极其复杂又极其危险。

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从液氧煤油发动机研制到现在30来年,我们仍然在对这个问题进行研究。一个问题居然孜孜不倦、乐此不疲30年,而且越研究越能发现一些新问题,特别是一些新的技术风险。因此,搞火箭发动机,通俗来讲,是一个在刀尖上跳舞的专业。能不能攻破问题,把控问题,既要看团队能不能吃苦,还要看你能不能掌握平衡,需要机动灵活,还要有灵感。

红星新闻:除了火箭发动机研发技术,还会遇到哪些现实中的难题?

陈建华:发动机研制过程,先设计图纸再后开始加工,加工出来不知道产品的好坏,就需要到试车台上去测试。我们过去液氧煤油发动机是斜着试,现在竖着试,试的时候发动机推力可调节,过去发动机是额定推力不可调。在试车台上,通过不断调节推力大小,发动机在不同变化的情况下才可能暴露问题。

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▲陈建华团队研发的液氧煤油发动机在试车台试验

最早的试车台在三线山沟里,2005年新的试车台建好启用后,对我们国家液氧煤油发动机的研发起到了巨大作用。每一个给国家的发动机交付前都要在这个试车台上试验,获得精准的试验数据。

随着我们技术的进步,新研制出的发动机已经超出现有试车台最大承载能力。新建更大推力的试车台,也是眼下的当务之急。

【谈压力】

曾在试验前睡不好

梦到发动机爆炸

红星新闻:航天工程需要做到万无一失,您作为发动机总师,肯定也承担了无法想象的压力。

陈建华:我们这一行跟学校教书不一样,学校算错了可以重新算一遍。我们出现故障后要及时改进,如果改的不准还会出问题。

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▲陈建华

我记得十几年前,发动机试车时出过一个大故障,我和院里面同事被叫去北京汇报。我当时还年轻,见到满屋子院士紧张到发抖。我的老师张贵田院士走过来告诉我说,有他在,让我不要着急,该说什么慢慢说。就这么一句话,我当时心情就平静下来了。最后院士们终于同意了我们的试车方案,在试验前的半个月,大家每天晚上都睡不好,消除不了压力,就连做梦都会梦到发动机爆炸。

压力能排解吗?你看到我现在心平气和,但当面对确保发射成功的压力时,却是很难排解的。

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现在大部分人都有黄金周,七天假多美好啊。我们的黄金周在哪里呢?几乎都在厂里、在实验室里,不知不觉时间就都过去了。

航天动力这个东西,一旦遇到拦路虎就不容易攻克,你没看过别人走弯路,我看过,走弯路有时候要走很长时间才能出来。为什么我们能很快攻克,我们是通过几代人的努力,好不容易造就了现在的局面。美国登月土星5号运载火箭发动机研制遇到不稳定性问题,几乎费了九牛二虎之力,花了几年时间才走出来。

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▲陈建华与中国工程院院士张贵田、航天科技集团六院副院长李斌讨论技术问题

红星新闻:接下来长征五号还承担了发射空间站核心舱等国家重大任务。

陈建华:是的。能够参与这样的任务是我辈的荣幸,要感谢建设航天强国的这个新时代。

航天精神最深刻的时代内涵,就是奋斗与奉献。我现在也已经50多了。记得刚工作的时候,老所长跟我说,你们这些年轻的娃娃赶上了好时光。他说我们现在要研制中国最先进的发动机。

提出这个计划的时候,我们还在陕西凤县那条山沟里,当时什么都没有,就只有一张白纸。就在那种情况下,他们提出我们要做世界上最先进的液体火箭发动机。那时候很多基本的生活问题都没有完全解决,攀登这个高峰当时是不可想象的。

以前老所长说,一个航天人只要能完完整整参加一个型号的研发,对他来说就非常幸运了,他们那代人等了几十年才赶上好时光。当时,我还不太理解,而现在,我们已经研制了不止一个型号。我认为,一个科研工作者一生中有机会真正承担国家重大型号研制任务,应该引以为荣。

红星新闻记者 任江波 摄影 王红强

编辑 郭宇