“胖五”成功發射的背後：兩年蟄伏，一飛沖天

 

12月27日晚，長征五號遙三運載火箭成功發射。郭文彬/攝

 

被譽為中國航天之父的錢學森曾經説過：科學試驗如果次次都能成功，那又何必試驗呢？經過挫折和失敗，會使我們變得更聰明。

 

長征五號的“鳳凰涅槃”之旅，就是眼下一個最好的例證。

 

兩年前，長征五號第二次發射遭遇失利，這則消息像陰霾一樣籠罩在國人心頭，並一度引發質疑。如今，這枚中國最大火箭歷時900多天“浴火重生”，再次出征。

 

12月27日，伴隨著一陣震天撼岳的轟鳴聲，長征五號在文昌航天發射場開啟了它的第三次飛行之旅，一團耀眼的火焰簇擁著大火箭“華麗轉身”，飛出天際。最終，任務宣佈成功，這枚大火箭蟄伏兩年，終於揚眉吐氣！

 

一飛沖天的背後，可以用“一波三折”來形容。用中國工程院院士、中國航天科技集團一院長征系列火箭總設計師龍樂豪常挂在嘴邊的話説，“失敗是差一點的成功，成功是差一點的失敗”——過去兩年900多天的日日夜夜，中國航天人每時每刻都不敢掉以輕心。

 

驚心動魄2小時43分鐘

 

長征五號是一枚從一齣生就註定不平凡的火箭，它寄託了太多人的夢想和夙願。長期以來，談及我國的某項技術或某個領域的發展，人們已經習慣用“大而不強”來形容。但航天正在將這種説法打破，而打破這種説法的第一拳就是長征五號——相當於“航天強國”的入場券。其研製難度可想而知。

 

早在1986年，我國就已經開展了新一代運載火箭的論證，從上世紀90年代中期開始，針對新一代火箭發動機的研究提上日程。2016年，經過30年論證研製的新一代大火箭——長征五號首飛成功，萬眾矚目。

 

然而，首飛成功的背後，也有“差一點失敗”的插曲。

 

胡旭東是長征五號首飛任務01指揮員。他至今記得，那是2016年11月3日，發射時間從原定的18時整，推遲到20時43分。其間經歷令人窒息的6次時間重置，甚至一度面臨發射任務被迫取消的考驗。

 

觀看發射的人們因此記住了那“有驚無險”的特殊時刻，也對這枚拉開中國大運載時代序幕的火箭多了幾分直觀的認識。

 

時間回撥到當天17時30分，測發大廳氣氛突然緊張起來，數百名科技人員的目光一齊投向大屏——由於火箭一級循環預冷泵無法正常啟動，火箭“發燒”了。此刻大屏上顯示的溫度是238K，遠高於110K的起飛標準……

 

據胡旭東回憶，這時任務指揮部研究決定，如果到了19時30分，發動機預冷效果還達不到發射條件，將啟動推進劑泄回程式，取消此次發射任務。

 

19時28分，距離“底線”時間僅剩兩分鐘，發動機溫度降至預定值，火箭成功“退燒”。

 

“設定點火時間為20時40分。”胡旭東大大地呼出了一口氣。然而，即便是臨發射前的最後關頭，緊急情況卻一再發生。

 

20時40分，距離最後發射僅余1分鐘，胡旭東剛下達“1分鐘準備”口令，突然聽到控制系統指揮員韋康發出“中國航天史上最牛的口令”：“01，中止發射！”

 

“怎麼回事？”

 

這一刻，胡旭東不由自主地站起來，脫口而出問了一句。

 

發射前10秒，胡旭東開始倒計時計數，突然又接到韋康“請稍等”的請求。

 

“中止發射！”胡旭東叫停了發射程式，再一次組織排查故障原因。問題最終得以解決。

 

“點火”口令終於下達，火箭騰空而起。

 

人們歡呼的背後，包括胡旭東在內的航天人開始整理分析發射數據，他們要面對的是63萬條原始數據——這些關乎著中國大火箭下一次能否依舊“轉危為安”。

 

猜到了開頭 卻沒猜到結局

 

長征五號的前兩次發射任務，龍樂豪都在現場。他一個明顯的感受是：第一次發射任務雖然成功了，但是起飛前3小時的“跌跌撞撞”似乎更牽動人心，他説：“這也是難免的，畢竟這是一枚全新的火箭，情況太複雜。”

 

相應地，第二次發射，對很多在現場的人來説，“原本稱得上十分順利”。“起飛前不像長征五號遙一（即第一次飛行任務，記者注，下同）那樣驚心動魄。”龍樂豪説，遙二的發射現場，最初幾分鐘“要平靜得多”“要好得多”。

 

他當時還在想，“這或許是有了第一次的曲折經歷，暴露出一些問題，繼而做了大量改進工作，有經驗了，心態比較平穩”。

 

的確，長征五號從文昌航天發射場第二次起飛之後，前面幾分鐘的飛行一切正常。但飛行300多秒後，問題出現了。

 

“突然之間，（長征五號）飛行曲線就不大對頭了……”在文昌航天發射場測發大廳，龍樂豪從大螢幕上看到，曲線不是按照他們預定的方嚮往上跑，而是在往下“掉”。

 

他心頭一緊：飛行曲線往下掉，就意味著火箭在漸漸失去推力，推力不夠，火箭就沒有加速度，就不能克服重力場的作用。

 

“那時，我預感到‘完了’，這一次發射要失敗了……”龍樂豪説。

 

測發大廳一片寂靜。

 

一位在現場的測控隊員告訴記者，他們的心，就像大螢幕上的飛行曲線一樣，“一直往下掉”，很多人都默默流下了眼淚。

 

當晚，新華社發佈了任務失利的快訊。

 

“這個結果，是誰都不願意見到的。”龍樂豪説，他很快就告訴自己，科學試驗失敗在所難免，當下要做的是如何儘快找出故障原因，採取措施，爭取儘早復飛，用實際行動再次證明我們的火箭是可信任的。

 

那一晚，龍樂豪從測發大廳離開時，並沒有和現場的航天後輩有過多的交流。但他相信，這些年輕的航天人有能力頂住壓力。“現在看起來確實也是這樣，他們並沒有被困難所壓倒——壓趴下，仍然站了起來！”龍樂豪説。

 

又是發動機 到底難在哪

 

2018年4月16日，國家航天局對外發佈長征五號遙二火箭故障調查情況，其中提到，長征五號遙二火箭飛行至346秒時突發故障。

 

故障原因為芯一級液氫液氧發動機一分機渦輪排氣裝置在複雜力熱環境下，局部結構發生異常，發動機推力暫態大幅下降，致使發射任務失利。

 

發動機，又是發動機，是的，這個曾一度刺痛國人的航空領域關鍵技術的字眼，這一次在航天領域成了“絆腳石”。

 

大火箭，自然離不開大推力，而大推力，就離不開發動機。在長征五號之前，我國現役火箭發動機單臺推力最大只有70噸左右，想要發射超大型航天器，就顯得“力不從心”了。

 

新型的大推力發動機應運而生。根據中國航天科技集團六院黨委書記周利民的説法，經過15年不懈攻關，8台全新研製的120噸液氧煤油發動機，被裝配在長征五號的4個助推器上，4台全新研製的氫氧發動機，則在一級和二級火箭上各裝配了兩台。

 

他有一個形象的説法，研製發動機的難度就像攀登珠穆朗瑪峰，“一些外國專家説，即使我們設計出來，我們也不可能把它製造出來。” 這其中，遙二任務出現故障的氫氧發動機，更是“難上加難”。

 

周利民至今記得，面對全新的發動機，研製團隊開始了夜以繼日的科技攻關，幾十種新材料、100多種新工藝一一被攻克。然而，發動機的起動成為最大的攔路虎。

 

他説，起動階段整個發動機處在不穩定的動態過程裏， 因為轉速從靜止狀態轉到幾萬轉，溫度要從低溫狀態進入到高溫狀態，我們的控制時序都是以毫秒級來控制動作的，任何一個動作配合不好，沒達到預想的結果都可能導致失敗。

 

最初讓研製團隊備受打擊的是，長征五號首飛所用的發動機樣機研製出來後，其試車結果連續4次均遭失敗：兩次起動爆炸，兩次燃氣系統燒燬。

 

周利民説，這些對整個研製隊伍、設計隊伍的信心打擊非常大，“很多人做夢都夢見爆炸的場景，吃不下飯，睡不好覺”。

 

揪出“魔鬼” 消滅“敵人”

 

而這些，還只是中國航天人在發動機研製階段所遭遇的“痛不欲生”。長征五號遙二任務失利後，這些人面對的壓力變得更大，他們甚至將出現故障的發動機問題稱之為“魔鬼”。

 

中國航天科技集團六院一位試驗隊員告訴記者，為了揪出“魔鬼”，消滅“敵人”，研製團隊這兩年多承受的煎熬、困苦、曲折、質疑，前所未有。所經歷的磨礪、拼搏、奮鬥、攻關，也是研製歷史中罕見的。特別是那些隱藏很深的“魔鬼”，戰鬥之緊張之複雜，更是前所未有。

 

“‘魔鬼’時不時突然冒出來，蒙蔽研製團隊的視線，甚至把他們逼進了伸手不見五指的無邊深淵。但研製團隊並沒有被黑暗所嚇倒，沒有被擊垮。”周利民説。

 

據中國航天科技集團六院的統計，僅2019年二三季度，該院北京11所氫氧發動機研製團隊累計加班就達到2.3萬小時，終於揪出了隱藏在發動機身上的“魔鬼”，消滅了負隅頑抗的“敵人”，排除了隱患，消除了故障。

 

長征五號火箭總設計師李東告訴記者，長征五號遙二火箭失利後，經過100余天的故障排查與定位，以及180余天的試驗驗證，失利的原因終於確認。此後，根據故障調查的結論，研製團隊對芯一級氫氧發動機進行了設計改進，從結構、材料和工藝等方面都採取了相應的改進措施，提高了對飛行環境的適應性。

 

故障原因找到了，查明瞭，也改進了。一切看起來都是那麼的順利。

 

然而，新問題又來了。

 

歸零過程 一波三折

 

2018年11月30日，改進後的芯一級氫氧發動機，在長程試車過程中出現問題。

 

李東告訴記者，這一次航天人反應更快，根據故障原因，研製團隊對發動機的局部薄弱環節進行了改進，提高了結構的動強度裕度。

 

2019年3月29日，發動機試車故障的歸零工作及改進驗證全部完成——兩次長程試車驗證順利通過，第二次的問題就這樣解決了。

 

但很快，他們就迎來了第三次“遭遇戰”。

 

2019年4月4日，在長征五號遙三火箭的總裝工作進入到最後階段時，一台用於後續任務的芯一級氫氧發動機，在試驗數據分析過程中，出現了“異常振動頻率”。

 

真可謂一波三折，再次驗證了那句話：科學探索的道路從來不是坦途。

 

“不帶一絲疑慮上天！”李東説，研製人員順藤摸瓜，找到了問題的“癥結”所在——發動機局部結構，對複雜力熱環境非常敏感，容易引起共振，一旦激發，不易衰減。

 

2019年7月，研製人員完成了對發動機的結構改進，並完成了十幾次大型地面試驗。

 

至此，困擾長征五號兩年多的發動機問題，終於排查完畢。

 

根據中國航天科技集團一院的統計，長征五號從2017年7月2日遙二失利，到2019年12月27日遙三發射成功，歷時908天，累計進行了40余次關鍵技術試驗。

 

908個日夜，無數次跌倒後又重新爬起。而最大的“硬骨頭”——氫氧發動機，也在兩年多時間裏完成了鳳凰浴火、涅槃重生。

 

按照龍樂豪的説法，900多天，這樣的間隔時間——超出了任務失利後再進行後續飛行的週期，在長征火箭的歷史上是屬於比較長的，他印象裏甚至還沒有間隔這麼長時間的“歸零”。

 

“我們當然希望間隔時間縮短一點，但科學研究不可能隨主觀願望改變。”龍樂豪説，長征五號遙二火箭的失利，是在複雜力熱環境相互作用下，發動機某一零部件組件出現失效——這個問題隱藏得比較深，大多數情況下不出現，只是偶爾出現，然而一旦出現，就是“災難性的結果”。

 

在他看來，這次“歸零”，終於把這個搗蛋的“魔鬼”逮住，儘管耗費時間長，卻值得。

 

“我們都憋著一股氣”

 

事實上，揪出“魔鬼”，“再造”發動機，並非幾個團隊就能完成。

 

中國航天科技集團六院北京11所副所長顏勇告訴記者，長征五號遙二火箭發射失利，把擁有“金牌動力美譽”的液體動力事業推向了風口浪尖，芯一級大推力氫氧火箭發動機出現的故障，讓發動機研製隊伍承受了異常巨大的壓力與考驗。該所借助集團和六院的力量，利用一切有效資源，開展歸零工作——可以説，這是一場技術攻關的“全國大聯合”。

 

“我第一次見到這麼多院士齊聚一堂！”北京11所品質主管呂威説，他印象最深刻的一次評審，有25位院士和5位大學教授作為特邀專家來到現場，聽取發動機研製工作情況，提出意見建議，系統內的近60位領導專家也參與到交流討論中。

 

事實上，兩年前的任務失利之後，很多人也在躍躍欲試，期待重歸“戰場”，大顯身手。

 

“如果挫折遮蔽了前路的光明，那就用不悔的初心舉火夜行！” 文昌航天發射場發測站系統指揮員陳吉偉告訴記者，沒有沮喪和氣餒，大家都憋著一口氣，各個系統、各個崗位重整旗鼓、從零開始，立即投入火箭復飛的準備中。

 

一次又一次地推演流程，一項又一項地預想回想，一遍又一遍地操作演練。發測站某系統空氣壓縮機運行不是很穩定，設備廠家反復做了數十次改進試驗，問題依然存在。

 

有很多人都勸陳吉偉，“又不是制約性因素，差不多就行了”。但他的回答卻不依不饒，“影響任務的因素，就得不打折扣，解決到底！”

 

如今，長征五號終於打贏這場“翻身之戰”，它也成為中國航天2019年最具標誌性的任務。而這，不僅是因為它決定著後續嫦娥五號、載人空間站和首次火星探測等重大工程任務的執行，更在於它將科學試驗由失敗走向成功的過程，以這樣一種直觀的方式呈現到公眾面前，讓人為之牽動，讓人為之驚嘆。

 

除了錢學森的那句話，阿爾伯特·愛因斯坦也有過一句被科學界奉為圭臬的“金句”，大意是：一個人在科學探索的道路上，走過彎路，犯過錯誤，並不是壞事，更不是什麼恥辱，要在實踐中勇於承認和改正錯誤。

 

長征五號做到了。中國航天人做到了。（記者 邱晨輝）