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东方早报:一箭20星背后的上海航天人

日期:2016-05-23

2015年9月20日7时01分,中国在太原卫星发射中心用全新研制的长征六号运载火箭,成功将20颗卫星发射升空,卫星准确送入预定轨道,开创了中国一箭多星发射的新纪录,也创造了亚洲一箭多星发射的新纪录。长征六号首发成功被列为2015年度中国科技工业十大新闻和中国十大科技进展新闻,并获得了第十七届中国国际工博会最高的“特别荣誉奖”。

长征六号的这次升空发射,意义非同寻常——这是中国新一代运载火箭的首次发射,成功突破12项重大关键技术,申请专利150余项,有效验证了中国在大推力、高可靠性、高适应性、低成本、无毒无污染运载火箭领域的关键技术突破,对中国运载火箭后续发展具有里程碑意义。然而很少有人知道,在长征六号运载火箭背后,当初曾是一支平均年龄不到28岁的研制团队,这些团队成员很多是“80后”、“90后”,大多没有跟过完整的型号历程,但他们却用短短6年时间,开创性地完成了中国新一代无毒、无污染快速发射液体运载火箭的研制任务,并成功实现了中国首次一箭20星发射。他们用实际行动证明了自己是一支敢打硬仗、能打硬仗的团队。

近日,早报记者走进位于上海闵行的中国航天科技集团上海航天技术研究院,采访了长征六号运载火箭总指挥兼总设计师张卫东和他的团队,也间接体会了这支年轻团队“放飞”长征六号的艰辛历程。

“不成功就无立锥之地”

长征六号运载火箭由中国航天科技集团上海航天技术研究院抓总研制,火箭全长29米,一级直径3.35米,二、三级直径2.25米,起飞推力1200千牛,是长征六号系列运载火箭中的基本型,29米的长度以及最大3.35米的直径,将为后续捆绑式发展奠定基础。

作为中国新一代运载火箭的首飞箭,同时也是中国自主研制的液氧煤油发动机的首次飞行,长征六号首飞试验任务意义重大,不容有失。在2008年夏天这个型号刚开始研制的时候,站在中国航天科技集团长征六号总指挥兼总设计师张卫东面前的,是一群平均年龄不到28岁的年轻后生,很多人甚至没有一轮完整的型号研制发射的经历;而摆在他们面前的,却是一个全新的开疆辟土的领域。张卫东对设计师们说的第一句话就是:“长征六号研制,只能成功;不成功,就无立锥之地。”一开始,他就给自己和团队立下了军令状。

张卫东从1982年一毕业就开始参与长征三号研制工作,后来担任过长征四号副总设计师、长征二号丁总指挥、长征五号副总设计师和多星发射上面级的负责人,是上海航天技术研究院里参加型号最早、最多的总设计师之一。虽然长六团队大部分都是新人,但有张卫东这位信心满满的主心骨压阵,年轻的队员们也有了底气。

长征六号首飞箭立项之后,研制团队就确立了包括12项重大创新在内的90余项关键技术:发动机氧箱自生增压技术、高温高压富氧燃气滚控技术、双八表捷联惯组组合导航技术、迭代制导技术、自行式整体运输起竖车、大温差夹层共底贮箱、一箭多星发射技术……在国外,相关同类火箭的发展历程均有首次发射失败的案例,如今我们要依靠这样一支年轻的队伍去完成12项重大和90多项关键技术的创新,难度几乎不可想象。

在立项论证期间,团队成员一次次从上海奔赴北京,协助确定大总体方案。出差、讨论、返回做方案、再出差……经过两个多月的深入论证,他们对火箭整体起竖、一级滚动控制、二子级构型、火箭尾段状态、三子级推力和加注量等技术难点,均论证了3个以上的论证方向,并对每个技术方案的多项指标逐一进行了设计、比对,最后确定方案,终于在2009年8月通过评审,正式批复立项。

“好几次几乎走不下去”

长六火箭研制之初,负责火箭控制及电气系统的副总设计师丁秀峰明确提出了要将技术先进性、高可靠性、低成本的设计理念放在首位,并贯穿于型号研制中。双捷联冗余、组合导航、迭代制导、天基测控、统一供配电等一系列在上海航天技术研究院运载火箭还未进入工程应用的技术,均在长六火箭研制中进入工程实践,实现了运载火箭控制技术和电气技术的升级换代。

作为团队中的一位女性,丁秀峰更是将细心、细致发挥到了极致。2012年7月,在火箭一子级动力系统热试车出厂前夕,她发现氧箱内的传感器螺钉上按照常规做法点了红漆,以表示验收通过。这种传感器是第一次用于低温氧箱,如果油漆脱落,就可能产生多余物,堵塞发动机通道,从而对发动机工作造成影响。想到这一点,丁秀峰立即召集相关人员进行专题讨论分析,并查找大量资料,最后确定油漆和氧箱内的氧化剂不相容。于是,他们一方面做液氧浸泡试验,一方面论证清除油漆的方法,通过三天通宵达旦的工作,最终在确保进度的前提下消除了隐患。

张卫东告诉早报记者,在担任长四副总设计师期间,他经历过几次重大、疑难问题的质量归零,每一次,他都带领队伍一步一步完成归零,在关键时刻确保发射成功。“行不行,要一仗一仗打过来才知道。”这是常常挂在张卫东嘴边的一句话。有几次遇到技术难关,几乎走不下去了,团队都有种山穷水尽的感觉,但他相信,越是到这个点,也越是曙光即将再现的时候。夹层共底、燃气滚控、自生增压就是在这种情况下产生的原始创新。他常常告诫队员:“严慎细实,眼见为实,归零处理问题一定要去现场看。”在长六的方案和初样阶段,他要求团队要提前识别问题、暴露问题,把问题机理彻底搞清楚,能挖多深就要挖多深,仅一个项目的风险报告就多达数百页。2012年11月,火箭一子级发动机进行首次热试车,以前曾有过类似试验三次都不成功的先例,大家都为此捏了一把汗。为此,张卫东专门去请教了集团公司的专家龙乐豪院士。为了确保万无一失,试验队还给火箭箱底穿上了加厚的12层防弹衣。正因为在前期发现了很多问题,后面才一举创造了发动机一二三级热试车一次成功、合练一次成功、首飞一次成功的奇迹。

度日如年的16个月

如何才能让小个头的长六火箭具有大能量,在控制自重的前提下一次将20颗卫星送上天?为了给火箭减重,长六研制团队决定采用夹层共底贮箱,将-180℃的液氧和20℃的煤油装在同一个箱子里,这种大温差夹层共底贮箱技术此前国际上还从未有人用过。长六团队足足用了一年多时间对此进行技术攻关!

采用夹层共底贮箱是长征六号运载火箭的重大结构创新设计,也是中国首个采用的大尺寸大温差隔热复合结构件。由于长征六号使用的是液氧/煤油发动机,贮箱采用夹层共底结构形式就意味着要承受液氧、煤油两个独立系统的正压、反压载荷,同时还要抵抗液氧和煤油之间将近200度的温差。研制人员发现,夹层共底组合的结构并不复杂,但要完美实现它的设计功能却并非易事——上下两块铝合金面板与中间的泡沫塑料是两种不同的材料,需要很好地贴合并胶接。

2012年8月,看似“天衣无缝”加工、胶接而成的首个夹层共底被焊接到整箱上,整箱也顺利通过常温打压。但到了低温打压时,夹层共底却出现液氮泄漏、褶皱等问题,被迫结束试验。解剖之后才发现,胶和泡沫塑料界面损坏了。研制团队对夹层共底结构进行了调整,重新研制、试验,夹层共底还是有起皱现象;再改进、研制、试验,问题还是没有解决……研制试验工作似乎进入了无限循环。

“当中的夹层,既要经受两个独立系统的正压和反压,同时还要抵抗液氧和煤油之间将近200℃的温差。并且,夹层只能绝热,不能导热,否则就会影响物质存放状态,进而影响发动机运行。”负责结构的副总设计师李程刚说。因为长期驻守在一线,在数次持续20小时以上蹲守低温打压试验现场之后,李程刚终于熬不住了,发烧住进了医院,被诊断为急性脑膜炎。可病情刚一好转,他又回到岗位。

从2012年8月到2013年11月2日,这16个月对长六团队来说真可谓度日如年。终于,“升级”后的共底贮箱迎来了试验的这一天,其中,第二次低温打压要求充压直至箱体破裂为止。当确认共底贮箱圆满通过低温打压试验、箱体正常爆破、共底无任何起皱破裂的时候,张晓东、张亮、辛高波、谢立、唐杰、吴辉、吕榕新、常娟……整个团队成员禁不住喜极而泣。

默默奉献的上海航天人

从2009年立项研制,到2015年实现首飞成功,长征六号运载火箭历时6年的研制历程,也记录下了团队成员们一次又一次的辛苦付出和无私奉献。

主任工艺师孟金龙清楚地记得,2014年10月6日,正在加班的他突然接到家里电话,老婆羊水破了,可就在这节骨眼上,该型号的破裂膜片活门在试验过程中膜片破了。回家陪护了老婆两天两夜后,孟金龙毅然撇下老婆和还在暖箱里的儿子,匆忙赶回厂里,与同事一起继续阀门膜片的攻关试验。老婆儿子出院那天,他是被车间领导“骂”回去接娘儿俩的。孟金龙坦言:“苦是苦点,但节点摆在面前,我们没有退路。”

2013年,长征六号运载火箭首次参加靶场合练,由于长期劳累,作为控制系统研制团队技术负责人的周如好因严重的神经性头痛发作被送进基地部队医院。医生开了大量的谷维素,并要求他立即休息。但为了排除地面设备的突发故障,不影响第二天的试验项目,他在头痛稍缓后迎着-20℃的寒风前往总测厂房通宵排故,和团队成员们分析问题、制定方案、更换部件、现场装配。当问题最终解决时,周如好像孩子般笑着说:“我们又可以试验了!”

回到2015年9月20日,太原卫星发射中心。清晨7时01分,长征六号火箭点火升空,成功将20颗卫星以“天女散花”的方式送入地外空间。长征六号首飞成功,开创了中国新一代运载火箭的新纪元,也创造了亚洲一箭多星发射的新纪录。这些,离不开张卫东和他身边这些默默奉献的上海航天人。(俞凯)

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