作者:冯华 余建斌 刘诗瑶 来源:人民日报 发布时间:2016/11/21 9:02:12
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“长征五号”背后故事:我为国家造火箭

 

整装待发的长征五号运载火箭。
 
孙 浩摄
 

发射场进行火箭芯级垂直吊装。
 
何 超摄
 
长期攻关、跨越发展,大火箭承载航天强国梦
 
11月3日夜晚,位于海南的中国文昌航天发射场,当长征五号运载火箭将载荷成功送入太空预定轨道的消息传来,现场欢呼庆祝的人群里,几位白发苍苍的老人欣慰地笑了。
 
这其中,有我国著名的运载火箭技术专家龙乐豪院士,他是国内最早提出大火箭构想的科学家之一;也有中国工程院院士、国家航天局原局长栾恩杰,他为大火箭的研制殚精竭虑。从1986年提出论证,到2006年正式立项,再到2016年一飞冲天,“长五”的诞生,用了整整30年。当年推动航天事业发展的中流砥柱们,如今也大多到了耄耋之年。
 
上世纪80年代中期,通过对比国外新一代火箭,结合自身需求,专家们认为当时的长征系列火箭存在运载能力低、芯级直径小、使用的推进剂毒性大且价格昂贵等问题,希望通过新型火箭来解决。1986年,在国家“863计划”支持下,我国开始论证研制新一代运载火箭。
 
这之后,又经过20年的努力,在国防科工局、国家航天局的主导下,长征五号得以正式立项。其间的每一个关键节点,栾恩杰院士都记忆犹新。
 
1995年,我国开展新一代运载火箭方案论证以及液氧煤油与氢氧两种大推力火箭发动机关键技术研究;2000年,120吨级液氧煤油发动机立项研制;2001年,50吨级液氢液氧发动机立项研制;2006年,国务院正式批准新一代运载火箭基本型长征五号立项研制,从此开始又一个长达10年的攻坚。
 
“火箭的运载能力有多大,航天的舞台就有多大。”栾恩杰院士告诉记者,运载火箭技术水平不仅代表一个国家自主进入空间的能力,也体现着其最终利用空间和发展空间技术的能力和水平,是一个国家航天能力的基础。近年来其他航天强国都在研制大型火箭甚至重型火箭,把发展先进的航天运载技术确立为重要的国家战略,对我国来讲,未来进一步开展深空探测必须发展大推力运载火箭,这是空间技术发展的必然要求。
 
长征五号凝聚了无数航天人的心血。作为中国运载火箭升级换代的里程碑工程,长征五号的工程技术跨度、攻关难度以及任务实施规模在我国运载火箭研究史上堪称最大。从2006年国家正式立项开始,就有上万航天人参与长征五号的研制,进行了上千次各类试验。
 
航天人对“长五”寄予厚望。“它既是跨越式的,又是奠基性的。”国防科工局总工程师田玉龙解释,长征五号是新一代长征系列运载火箭的奠基型号,也是基本型,它带动了我国新一代运载火箭的更新换代,牵引出新一代运载火箭的若干构型。“这也是为何‘长五’的首飞在‘长六’‘长七’之后,但它的序号依然排在前面。”田玉龙说。长征五号的成功,使我国运载火箭的规模实现从中型到大型的跨越,运载能力达到或超过国外主流大型火箭。
 
闯过一道道坎,锤炼出强大的“中国芯”
 
攻克12大类247个核心技术难题,全箭新产品比例达到90%以上,使用的零部件设计量是以往的3.5倍以上……长征五号的技术创新有多耀眼,研发难度就有多大。这其中,发动机的研制极为关键。发动机是火箭的心脏,对火箭的飞行起着决定性的作用,也是横在研制团队面前的一大难关。
 
“世界航天大国都投入巨资研发液氢液氧发动机,这是衡量一个国家能否成为航天大国的重要标志。”航天科技集团公司六院长征五号火箭副总设计师王维彬说。
 
长征五号采用的120吨液氧煤油发动机,曾被外国专家认为即使我国能设计出来,也不可能制造出来,甚至连液体煤油都需要进口。因为火箭煤油不同于一般的煤油,具有密度大、热值高等特点。最终,这些难题被科研人员一一化解,几十种新材料、100多种新工艺被一一攻克,我们成功研制出的国产火箭煤油,不仅无毒环保,还具有性能高、使用维护方便、价格低廉等特点。
 
王维彬带领的团队,从2000年起就一直致力于大推力氢氧发动机的研发,先后试车114次,经历了各种大大小小的失败。让他印象最深的是在2012年底的一次试车,测试架上的发动机突然剧烈爆炸,瞬间变成一团巨大的火球,几秒钟就把一台发动机烧毁。此时已是发动机研制后期阶段,目睹这样的情形,团队很受打击,许多人心情沉重。即使如此,研制人员也没有低头,而是更艰苦地攻关,终于摸清了发动机试验失败的原因,制服了这只“拦路虎”。
 
凡是与发动机这个大“心脏”有关的,都有一个个坎儿要迈,“8Hz”难题就是其中一个。长征二号F遥5火箭产生的8Hz振动(又名POGO振动),曾给航天员杨利伟带来极大的痛苦。航天科技集团中国运载火箭技术研究院长征五号火箭动力系统总体主管设计师于子文说:“这种共振就像人的心脏不停地抖动一样,严重威胁生命。同样,在火箭上,共振会造成箭体结构损坏,后果不堪设想。”
 
长征五号更大,在飞行过程中,可能产生更强烈的振动。要保证火箭可靠飞行,就必须抑制这一振动。于子文潜心研究,用了4年半的时间,最终攻克了难关,有效抑制了共振给大火箭带来的损害。
 
长征五号有20层楼高,箭体直径达到5米,打破了我国40余年来3.35米箭体直径结构的限制。“从3.35米到5米的跨度,不是简单的放大,而是质的飞跃。从设计能力、仿真手段、加工制造一直到地面各种实验,都是一个飞跃,有许多技术难题要克服。”航天科技集团一院长征五号火箭总设计师李东介绍,要加工制造5米的箭体结构,需要基础机械加工、贮箱焊接、铆接等所有工装的能力提升;以前的机床、试验的工位、厂房都已无法满足长征五号的大结构需求。
 
比如贮箱、箱间段的“合体”工作。我国现役运载火箭芯级的最大直径是3.35米,贮箱长10米左右,它们的贮箱、箱间段“合体”时,需要有人用肉眼辨别贮箱和箱间段的对接处是否吻合,再由多名总装工人手动调整贮箱和箱间段的位置和姿态。但大火箭的贮箱直径5米、长20米、重5吨,“眼看、嘴喊、手工推”的老办法“不管用”了。航天科技集团中国运载火箭技术研究院数字化总装对接技术负责人李新友告诉记者,在科研人员的努力下,经过几年攻关,今年春天,长征五号芯一级贮箱、箱间段实现了数字化总装对接,我国成为世界上为数不多掌握这一技术的国家。
 
为了减轻火箭重量、装载更多燃料,火箭壳体“蒙皮”的厚度在1.2毫米至2毫米之间,整流罩的“蒙皮”厚度只有0.3毫米。除了保证火箭外壳轻薄,更要保证它坚不可摧。航天科技集团中国运载火箭技术研究院火箭箭体结构设计师邵英翠介绍:“火箭‘蒙皮’很薄、很软,但根据受力分析进行科学计算、结构优化后,用铆钉把‘蒙皮’和框架固定,每一壳段有上千个铆钉,这样就保证了整体结构的强度和刚度。”在发射过程中,无论受到哪个方向的外力,都不会影响火箭的飞行。
 
更爱讲的,是“长五”一飞冲天的精彩
 
长征五号首飞成功这一天,微信朋友圈里一段短短的文字令人感怀:“十年前我们定下一个目标,为国家研制新一代大型运载火箭,十年中我们不断奔跑,人生中最美好的不过三到四个十年。如果让你重新选择,你会不会依然坚持为国铸箭?”
 
长征五号的总设计师李东,在这天的庆功宴后,写下了一首诗《巨箭行》,感谢一起奋斗十余年的每一位伙伴,他们有一个共同的名字——“长五人”。这支火箭研发队伍,跨越了各个年龄阶段,同时也十分年轻,35岁以下的研制骨干占近80%。在老一辈科学家的悉心指导下,这些年轻人迅速成长,身上流淌着“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的航天血液,为我国新一代运载火箭的快速健康发展不断输送新的力量。
 
“爸爸,你什么时候能回来啊?今天是周末,你都不能陪我玩吗?”放下4岁儿子的电话,长五全箭模态试验的课题负责人王鹏辉满怀内疚,却又马上投入到工作中去。从2013年初,这支队伍就驻扎在天津厂区,进行试验前期的准备工作。近两年来,他们在北京待的时间不超过两个月,500多天的全箭模态试验也创了纪录。为了让试验进行得更快些、更顺利些,负责测量的小伙子们争分夺秒。夏天,闷热的厂房没有空调,进去就是一身汗;冬天,暖气坏了,他们不怕自己冻着,就怕产品冻坏,恨不得用自己的身体给产品暖热。
 
海南岛风景如画,发射场区的工作人员却鲜少有时间欣赏海景。“为有航天多壮志,定教长五上九天!”他们中有的父母卧病在床无法照料,有的家人分居难以团聚,有的妻子分娩不能陪伴,有的身体抱恙不下火线……这些,他们却不愿过多谈及。他们更爱讲的,是“长五”研发的故事,是“长五”一飞冲天的精彩。“文昌发射场能从我们手中拔地而起、两型火箭能从我们手中问鼎九天,苦点累点,付出再多也值了!”

 

 
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