揭秘中國空間站故事｜突破關(guān)鍵技術(shù) 讓中國人腳步向深空延伸
央視網(wǎng)消息：大屏幕上的這張照片，是這次發(fā)射問天實(shí)驗(yàn)艙的長征五號B運(yùn)載火箭，主要承擔(dān)我國空間站艙段的發(fā)射任務(wù)，它也是我國近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭。它強(qiáng)大的動力來源就是發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)是火箭的“心臟”，它也是火箭技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一。長五運(yùn)載火箭采用的是液氫液氧，以及液氧煤油作為燃料，這也是當(dāng)今世界航天發(fā)射的主流技術(shù)，它也是一個(gè)國家成為航天強(qiáng)國的標(biāo)志之一。今天的揭秘中國空間站故事，我們一起來看一看“胖五”火箭發(fā)動機(jī)研制過程當(dāng)中，它的團(tuán)隊(duì)是如何破解材料研制等“卡脖子”難題，一次次從頭再來。
航天科技集團(tuán)六院西發(fā)公司型號系列總工藝師 張和平：這就是長征五號用的發(fā)動機(jī)，長征五號一共用了八臺120噸液氧煤油發(fā)動機(jī)。這個(gè)上面有許多新材料，典型的就是說在燃燒部分用的是高溫合金。
高溫合金被稱為“先進(jìn)發(fā)動機(jī)基石”�；鸺l(fā)動機(jī)點(diǎn)火后，最高溫度達(dá)到3000℃，在這樣的高溫高壓富氧環(huán)境下，普通材料瞬間就會被燒成一堆廢渣，在實(shí)施綜合降溫措施后，高溫合金卻依然能夠保持穩(wěn)定。2000年，國家正式立項(xiàng)，液氧煤油發(fā)動機(jī)進(jìn)入工程研制，首先要解決的就是研發(fā)高溫合金。負(fù)責(zé)技術(shù)的主管單位從事材料研發(fā)應(yīng)用有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，信心滿滿，然而他們研發(fā)的葉盤剛上試車臺幾秒鐘，大家就傻眼了。
中國鋼研科技集團(tuán)高納公司科技委副主任 趙光普：最早試車的時(shí)候，因?yàn)閷に噮?shù)也不掌握，我們心里也沒底，所以試的時(shí)候只要工藝參數(shù)稍不對一些，那材料兩三秒鐘像天女散花一樣就沒了。
中國鋼研科技集團(tuán)特殊鋼研究院副所長 蘇杰：我們曾經(jīng)遇到過同樣的原材料、同樣的爐子，前后練了兩爐，有一爐合格，有一爐就不合格，所以可見它的工藝窗口確實(shí)很窄。
突如其來的失敗，讓大家高漲的熱情瞬間降到冰點(diǎn)，國外專家甚至說：即使中國人能把液氧煤油發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)出來，也無法制造出來。國外專家的話并非沒有道理，作為主任設(shè)計(jì)師的葛李虎跟同事估算，發(fā)動機(jī)需要的新材料達(dá)30多種。
沒有基礎(chǔ)，就下定決心從頭開始。跟火箭發(fā)動機(jī)打了一輩子交道的葛李虎是個(gè)有心人，這一本本有些發(fā)舊的記錄本，記錄了葛李虎30多年間在火箭發(fā)動機(jī)研制過程中遇到的所有問題，這120個(gè)記錄本也成為解決問題的一把鑰匙。
時(shí)任航天科技集團(tuán)六院十一所液氧煤油發(fā)動機(jī)主任設(shè)計(jì)師 葛李虎：這件事情怎么討論的，這個(gè)是誰怎么發(fā)言的，最后怎么解決的，工廠有什么問題，不要設(shè)計(jì)員去到工廠去處理，你說一個(gè)意見，我說行，你說不行，這樣子的話叫做矛盾你知道嗎？
中國鋼研科技集團(tuán)高納公司科技委副主任 趙光普：大伙都叫他（葛李虎）拼命三郎，深更半夜給我們打電話、禮拜六禮拜天打電話，像這種把全身心投到航天里邊的精神特別感染我們。
在葛李虎的感染下，研制團(tuán)隊(duì)重燃斗志踏上了新的攻關(guān)之路。高溫合金是以鐵、鎳、鈷為基礎(chǔ)，加入大量其他合金冶煉而成。研制團(tuán)隊(duì)專門做了燃燒著火的裝置，通過不斷調(diào)整配方的化學(xué)成分，在兩年中做了上百次試驗(yàn)，從起初的小爐研制到逐步擴(kuò)大試生產(chǎn)，終于研制出了抗高溫高壓的高溫合金。
沒有從國外進(jìn)口一克原料，我國研制的高溫合金性能水平超越了國外同等類型合金，現(xiàn)在這種合金已經(jīng)分別應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、液氧煤油發(fā)動機(jī)、液氫液氧發(fā)動機(jī)等國家重大工程項(xiàng)目。通過液氧煤油發(fā)動機(jī)研制，還牽引了高強(qiáng)度不銹鋼等50多項(xiàng)新材料的創(chuàng)新，填補(bǔ)了我國這些材料研究的空白。
對于發(fā)動機(jī)來說，攻克了材料的難關(guān)，只是萬里長征走完了第一步，接下來每一步都無比艱難。這是一次發(fā)動機(jī)試車的畫面，剛研制完成的發(fā)動機(jī)，在試車臺上一點(diǎn)火就爆炸了。在液氧煤油發(fā)動機(jī)研制的初期，包括這樣的爆炸，失敗接連發(fā)生了四次。
2001年，對于液氧煤油發(fā)動機(jī)的研制團(tuán)隊(duì)來說是最艱難的一年。這一年進(jìn)行了四次整機(jī)試車，均未成功，其中還連續(xù)兩次發(fā)生了爆炸，這在中國航天的歷史上也是絕無僅有的。
時(shí)任航天科技集團(tuán)六院十一所液氧煤油發(fā)動機(jī)主任設(shè)計(jì)師 葛李虎：零點(diǎn)幾秒全部炸完，炸完了以后連中間的一個(gè)零件“尸首”都找不到，不知道到哪里去了，沒了，燒完了，所以給我們試驗(yàn)的分析工作帶來了很大的困難。因?yàn)槟阏业健笆住币院螅纯茨膫�(gè)摩（擦）痕（跡）、哪個(gè)地方碰的、哪個(gè)地方撞的，這是可以分析出來。連“尸首”都找不著了，你分析啥？作為一個(gè)主任設(shè)計(jì)師，這發(fā)動機(jī)咋這么難，你咋交代，你說這怎么弄嘛？
接二連三的失敗，對研制團(tuán)隊(duì)來說無異于一次次的沉重打擊。一次試車成本上千萬元，更重要的是試車不成功，新一代運(yùn)載火箭的研制就無從談起，面對心灰意冷的團(tuán)隊(duì)，壓力最大的主任設(shè)計(jì)師葛李虎給大家打氣鼓勁。
時(shí)任航天科技集團(tuán)六院十一所液氧煤油發(fā)動機(jī)主任設(shè)計(jì)師 葛李虎：失敗是肯定會失敗的，百分之一百的失敗，沒有失敗不可能有一個(gè)新型號。
記者：所以這也是我們創(chuàng)新的一個(gè)代價(jià)。
時(shí)任航天科技集團(tuán)六院十一所液氧煤油發(fā)動機(jī)主任設(shè)計(jì)師 葛李虎：對，這是必定的代價(jià)。因?yàn)樗^的新型號就是新的技術(shù)，客觀規(guī)律的認(rèn)識還不清楚，一定要把所有的問題暴露出來，不怕失敗。
問題暴露了，但要找到解決問題的關(guān)鍵卻談何容易，面對成百上千的零部件，怎樣才能使發(fā)動機(jī)平穩(wěn)順利地啟動呢？研制團(tuán)隊(duì)重整旗鼓，從爆炸碎片中分析故障原因。一個(gè)閥門問題的試驗(yàn)，他們連續(xù)做了100多次，白天做試驗(yàn)，晚上就分析數(shù)據(jù)、裝配產(chǎn)品，最長的一次，300人在廠里住了整整3個(gè)月。經(jīng)過近一年的摸索，終于看到了希望的曙光。
航天科技集團(tuán)六院液氧煤油發(fā)動機(jī)副總設(shè)計(jì)師 陳建華：發(fā)動機(jī)在2002年一次試車中，試車時(shí)間僅僅只有5秒鐘，很快就過去了，當(dāng)時(shí)我就在現(xiàn)場。那么這一次試車的成功就標(biāo)志著我們國家對于液氧煤油發(fā)動機(jī)起動技術(shù)的掌握，現(xiàn)在回憶起來還是記憶猶新。
2006年，液氧煤油發(fā)動機(jī)進(jìn)行了600秒長程試車取得成功。2016年，液氧煤油發(fā)動機(jī)在長征五號首飛任務(wù)中獲得成功。接下來，它還在我國首次火星探測任務(wù)、嫦娥五號、空間站天和核心艙的發(fā)射中發(fā)揮著重要作用，每次動力系統(tǒng)的表現(xiàn)都非常完美。
航天科技集團(tuán)六院副院長 馬雙民：我們通過發(fā)動機(jī)的研制，也完全掌握了高壓液氧煤油發(fā)動機(jī)的全套技術(shù)，研制出了我們具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型火箭發(fā)動機(jī)，支撐了我們運(yùn)載火箭（動力）的更新?lián)Q代。
這一次次從失敗當(dāng)中爬起來最后走向成功是怎么得來的呢？我們來看看這些很有年代感的小紙條，這叫換休條，航天科技集團(tuán)六院的職工在有事的時(shí)候可以憑這樣的換休條換休。我們可以看到換休條上都是葛李虎的名字，在葛李虎從事發(fā)動機(jī)研究的30多年當(dāng)中，積攢的換休條多達(dá)300多天。300多天，整整一年時(shí)間額外的付出，這只是以葛李虎為代表的液氧煤油發(fā)動機(jī)團(tuán)隊(duì)為中國航天發(fā)動機(jī)更新?lián)Q代拼搏奮斗的一個(gè)小小縮影。目前，航天科技集團(tuán)六院研發(fā)的500噸液氧煤油發(fā)動機(jī)已經(jīng)突破了主要關(guān)鍵技術(shù)，它也將在今年完成發(fā)動機(jī)整機(jī)熱試車，動力更加強(qiáng)勁澎湃。未來，中國人探索的腳步也將繼續(xù)向載人登月、向深空探測去延伸。
