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:最早試車的時候,,因?yàn)閷に噮?shù)也不掌握,,我們心里也沒底,所以試的時候只要工藝參數(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個記錄本也成為解決問題的一把鑰匙。
時任航天科技集團(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?ldquo;尸首”以后,,看看哪個摩(擦)痕(跡)、哪個地方碰的,、哪個地方撞的,,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新型號,。
記者:所以這也是我們創(chuàng)新的一個代價。
時任航天科技集團(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,。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,試車時間僅僅只有5秒鐘,,很快就過去了,,當(dāng)時我就在現(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,。