“胖五”發(fā)動機(jī)研制：突破“卡脖子” 不怕失敗
發(fā)射問天實驗艙的長征五號B運載火箭，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載能力最大的運載火箭。它強大的動力來源就是發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)是火箭的“心臟”，是火箭技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一。長五運載火箭采用液氫液氧以及液氧煤油作為燃料，這是當(dāng)今世界航天發(fā)射的主流技術(shù)，也是一個國家成為航天強國的標(biāo)志之一。
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”。火箭發(fā)動機(jī)點火后，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，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，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，因為對工藝參數(shù)也不掌握，我們也心里沒底，所以試的時候只要工藝參數(shù)稍不對一些，那材料兩三秒鐘就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，前后煉了兩爐，有一爐合格，有一爐就不合格，所以可見它的工藝窗口確實很窄。
突如其來的失敗讓大家高漲的熱情瞬間降到冰點，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，這樣子的話叫作矛盾，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，這種全身心地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，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)等國家重大工程項目。通過液氧煤油發(fā)動機(jī)研制，還牽引了高強度不銹鋼等50多項新材料的創(chuàng)新，填補了我國這些材料研究的空白。
揭秘“胖五”發(fā)動機(jī)研制：每一步都無比艱難
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)計師 葛李虎：零點幾秒全部炸完，炸完了以后，連一個中間的零件“尸首”都找不到，不知道到哪里去了。沒了，燒完了，所以對我們試驗的分析工作帶來了很大的困難。因為你找到“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。
接二連三的失敗，對研制團(tuán)隊來說，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，新一代運載火箭的研制就無從談起。面對心灰意冷的團(tuán)隊，壓力最大的主任設(shè)計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。
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)順利地起動呢？研制團(tuán)隊重整旗鼓，從爆炸碎片中分析故障原因。一個閥門問題的試驗，他們連續(xù)做了100多次，白天做試驗，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)過近一年的探索，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：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)的全套的技術(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)，支撐了我們運載火箭動力的更新?lián)Q代。
(總臺央視記者 崔霞 李寧 吳天白 孫熙然 建明 李廈)