“胖五”歸來：揭秘長征五號成功背后的“一波三折”
文章來源：中國航天科技集團有限公司 發(fā)布時間：2019-12-30
在中國航天60多年的發(fā)展史上，從未有這樣一枚火箭讓人如此關注、如此揪心。它就是我國目前運載能力最大的火箭——長征五號運載火箭。
從2017年7月2日長五遙二失利，到2019年12月27日長五遙三任務發(fā)射成功，908個日夜，對于長五研制團隊這支鋼鐵之師而言，究竟經(jīng)歷了什么？從失敗到成功，這背后又要經(jīng)歷哪些“不可承受之重”？
2019年12月27日,工作人員慶祝長五遙三任務發(fā)射成功
失利，猝不及防
作為長五副總師，婁路亮已經(jīng)在發(fā)射場工作了60個日夜。2017年7月2日，婁路亮比規(guī)定的時間更早一些到位，那天他的工作崗位是在指控大廳。長五遙二火箭在發(fā)射場的各項工作進展都很順利，再加上有首飛成功作為托底，他對這次發(fā)射很有信心。
火箭點火前，婁路亮特意和身邊的火箭總師李東握了一下手，給了彼此一個鼓勵的眼神。
一切都很順利，晚上7點23分，火箭按時點火，婁路亮長舒了一口氣。對于一個新研型號而言，“點火”時的那一團熊熊火焰，意味著發(fā)動機順利“點著火”了，最大的不確定因素得以排除。此前長五遙一的成功首飛，證明團隊把驚心動魄的發(fā)動機預冷問題給攻克了。
隨后火箭起飛、助推器分離、整流罩分離，無論是參數(shù)還是大屏幕顯示的火箭飛行軌跡，一切都在向著“完美的結局”奔去。
然而，意外出現(xiàn)了。
當火箭飛行至346秒時，大屏幕上的參數(shù)突然出現(xiàn)跳變，數(shù)據(jù)顯示：有一臺發(fā)動機突然熄火了。
婁路亮的心一緊，大腦瞬間閃過多種故障模式，他感覺時間都已經(jīng)停滯了。他腦海里始終盤旋著一個疑問：發(fā)動機是肇事者還是受害者？
此刻，大廳里的人已經(jīng)聚集在“兩總”周圍了。由于一臺發(fā)動機熄火，另一臺發(fā)動機仍在工作，給了火箭加速下降的動力。火箭的飛行形成了加速向下的曲線，很快，火箭就掉了下來，墜入海底。
長五遙二火箭失利后的測發(fā)大廳（央視新聞截圖）
事后有專家分析，如果火箭再堅持飛行50秒，還是有機會入軌的。很多入職不久的“90后”在現(xiàn)場悲傷地目睹了這一場景，見證了航天發(fā)射失利的殘酷。
晚上8點多的文昌，暑氣漸漸消退，此刻已經(jīng)完全被夜幕籠罩。很快，長五試驗隊員陸陸續(xù)續(xù)回到了大本營。長五質量主管楊慧留意到，往日里熙熙攘攘的食堂此刻沒有一個人說話，給“兩總”留的飯桌空空蕩蕩，不見一人。原本等著慶功的煙花被孤零零地堆放在食堂門口。此刻，再多看一眼都讓人覺得悲傷。
婁路亮和其他“兩總”飯都沒吃就直接從指控大廳回到會議室，一起判讀數(shù)據(jù)，分析原因。
通過初步分析，大家的意見很一致：問題出在火箭芯一級的發(fā)動機——YF-77發(fā)動機身上。可是，導致出現(xiàn)問題的原因是什么？是誘因還是自身出了問題？
這批次的發(fā)動機在地面試車從未出現(xiàn)過類似問題，首飛前3萬秒的地面考核全部通過。
會不會還有其他的問題沒有發(fā)現(xiàn)？
大家前后方通力合作，緊急排查，初步定位是發(fā)動機本身的原因。當婁路亮他們再次從會議室出來，已經(jīng)是天亮了。經(jīng)歷了一天一夜的緊張工作，再加上失敗情緒的沖擊，婁路亮感覺自己走路時雙腿都發(fā)軟了。
2017年7月3日，火箭核心團隊迅速處理完發(fā)射場的工作，7月4日就乘坐第一班海口飛北京的航班回京。當乘坐的大巴駛出發(fā)射場大門時，看著遠處空蕩蕩的長五塔架，楊慧沒忍住，眼淚終于落下來了。
回到北京的第一站，大家不是回家，而是直接前往會議室。此刻，后方的數(shù)據(jù)已經(jīng)同步分析出來了，證實了大家的判斷是正確的。大家迫不及待地想搞清楚原因——火箭發(fā)動機的故障出自哪里？
歸零，艱難前行
從事航天工作的人都會“談歸零色變”。“歸零”意味著失敗，意味著“地毯式搜查”……對于長五這項國家重大型號而言，“歸零”只會嚴上加嚴。
從2017年7月4日開始，長五團隊開始了為期100天的歸零工作。說“歸零”之前，可以簡單說一下長五發(fā)動機的構成和作用。
長五起飛重量為800噸，相當于540輛奧迪小汽車，火箭點火時需要將這個龐然大物送出大氣層，靠的就是自身的動力系統(tǒng)。長五的飛行靠12臺發(fā)動機提供推力，點火時，8臺液氧煤油發(fā)動機為4個助推提供動力，兩臺YF-77發(fā)動機為芯一級提供動力，10臺發(fā)動機同步點火。火箭飛行170秒后，4個助推分離，由兩臺YF-77發(fā)動機繼續(xù)工作，為火箭飛行提供動力。
發(fā)動機試車
飛行約500秒時，YF-77發(fā)動機使命完成，關機，此刻芯一級和火箭分離，芯二級里的YF-75D發(fā)動機工作。第一次工作350秒左右，關機后火箭滑行一段時間，之后再次點火工作約350秒后關機，直至把航天器送入預定軌道。
火箭飛行成功與否，動力系統(tǒng)至關重要。很多人都知道長征五號火箭是在2006年年底立項，卻鮮有人知道YF-77發(fā)動機的立項比火箭立項還要早4年，這說明了作為火箭核心關鍵系統(tǒng)的發(fā)動機的重要性和復雜性。這也就不難想到，為什么火箭一出問題，很多人首先想到的就是“會不會是發(fā)動機出了問題？”
長五遙二的問題在隨后100天的歸零工作中逐步得到了聚焦：一臺YF-77發(fā)動機出了問題。簡單說，就是為泵輸送燃氣做功的通路堵了，影響了氧燃料的正常輸送，缺少燃料的發(fā)動機自然很快就宕機了。
找到了問題，接下來就要找原因，然后對癥下藥，去找到解決問題的方法。為什么會出問題？出問題的發(fā)動機產(chǎn)品最后是什么樣子的？
搞了一輩子發(fā)動機研制工作的長五火箭總指揮王玨百思不得其解。2017年10月，由國防科工局協(xié)調國家海洋局甚至還派出了蛟龍?zhí)枺蛩阍诎l(fā)動機入海的海域進行打撈，讓科學家們看到斷裂后的氧渦輪泵的“真容”。很可惜，“大海撈針”沒有成功。
看不到實物，只能靠大量的地面仿真和試驗參數(shù)來進行驗證。
航天科技六院北京11所的發(fā)動機專家王維彬是長五團隊里的另一位副總師，主要分管YF-77發(fā)動機的研制工作。他對遙二的失敗表示“不可思議”。在遙二飛行之前，YF-77發(fā)動機已經(jīng)經(jīng)過了地面大大小小的試車考核，全部過關，從未出現(xiàn)過類似的問題。無數(shù)次的“彩排”從未有過差錯，卻怎么恰恰在正式演出時“掉鏈子”呢？
這是一個個案，還是一個批次問題呢？他的腦子里始終琢磨這個問題。
2017年10月2日，YF-77發(fā)動機故障定位工作完成；經(jīng)過半年的改進，2018年4月，長五火箭完成歸零評審。其間，YF-77發(fā)動機連續(xù)經(jīng)歷了14次試車考核，其中前13次為長程試車。試驗很成功，大家都很高興。
與此同時，火箭總體也加緊了對其他分系統(tǒng)、單機的200余項改進升級工作。YF-77的失利，讓很多人感到頭上都懸著一把無形的“達摩克利斯之劍”，同時也對長五這個復雜巨系統(tǒng)更加充滿了敬畏之心。
雖然這半年對很多人來說是昏天黑地、沒日沒夜。但成功找到了“攔路虎”，大家又有了前進的方向。瞄著讓火箭盡快出廠、矗立在發(fā)射塔架上的目標，他們收拾行裝，準備再次出發(fā)。
意外，再次降臨
2018年秋冬時節(jié)，長五遙三火箭總裝工作已經(jīng)進入尾聲，火箭即將出廠，要去發(fā)射場執(zhí)行任務的試驗隊員已經(jīng)開始做出差的排期了。就在這個時候，位于北京云崗的試車臺突然傳來讓大家震驚的消息。2018年11月30日，有一臺發(fā)動機試車出現(xiàn)了故障！從數(shù)據(jù)來看，故障參數(shù)和遙二非常接近。
此刻，和這臺故障發(fā)動機同批次的產(chǎn)品已經(jīng)有兩臺安裝在即將出廠的遙三火箭上！直覺告訴王維彬，這說明過去為“遙二”開的藥方還沒有開準，或者說，還有問題大家沒有找到。這讓很多人再次驚出一身冷汗。也意味著，火箭如果就這樣出廠進入發(fā)射程序了，后果不堪設想。
“對于長五這個復雜巨系統(tǒng)工程，我們還有問題沒有吃透，沒有找準。”王玨總指揮和李東總師立即上報集團公司，建議暫停發(fā)射計劃，火箭重新進行歸零，決不能帶著隱患上天。
此刻火箭裝配工作已經(jīng)完成了80%，裝配師傅需要把火箭尾段進行拆解，讓“整體變成部段”。發(fā)動機專家們再次回到原點，對發(fā)動機的結構進行強化，確保發(fā)動機在火箭高溫、強振動的“惡劣飛行工況”時能夠“巋然不動”，全面提高發(fā)動機的可靠性。隨后發(fā)動機經(jīng)歷了兩次試車考核，全部過關。遙三火箭再次準備出海，瞄著2019年年中進行發(fā)射的窗口來進行準備。
發(fā)射，再次暫緩
2019年4月4日，這一天對王維彬來說是一個比自己生日還要記得清楚的日子。
交付后續(xù)飛行的發(fā)動機已經(jīng)經(jīng)過了地面考核，性能參數(shù)全部正常，不出意外的話將執(zhí)行任務。但是細心的設計人員在分辨振動數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)了一條異常頻率線。
絕不帶疑點和隱患上天，是中國航天的一條鐵律。接下來的分解檢查，大家發(fā)現(xiàn)發(fā)動機依然存在著隱患。
這個問題絕對不是偶然，YF-77發(fā)動機氧渦輪泵出問題的原因究竟是什么？這讓所有人陷入沉思，火箭副總指揮曲以廣覺得似乎總有一種無形的力量一直在牽制整個研制工作。大家要找的那個原因還隱藏在黑暗深處，正虎視眈眈地看著他們。
大家迅速回到廠房，把所有之前經(jīng)歷過試車考核的YF-77發(fā)動機全部找出來，采用新手段進行加嚴檢測。結果發(fā)現(xiàn)在同一個位置，多臺發(fā)動機都產(chǎn)生了微小裂紋。隨著一次次暴露問題，長五研制團隊對發(fā)動機問題的認識更深入了，也越來越逼近真相。“這就等于之前所有吃的藥都是強身健體，但沒有根除病根。”王維彬說，這次終于擊準要害了。
找到遙二失利的原因之后，火箭團隊發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品狀態(tài)再也回不去了。一方面是亟待破解的“發(fā)動機之困”，一方面又是等不及的“時間后墻”。長五團隊再次到了絕地反擊的緊要關頭。
航天科技一院黨委書記李明華臨危受命，被任命為長五遙三火箭的第一總指揮。在他的記憶中，這是中國航天20多年的發(fā)展歷程中，第二次啟動“第一總指揮”的模式。歷史就是這樣巧合，兩次都是他來擔任。他也被很多人稱為“救火隊員”。
李明華把自己的工作總結為“把方向、出方法、調資源”。當務之急，他急需帶領團隊找到解決問題的方法，重拾信心，帶領大家沖出重圍。6月24日，李明華把王玨等一眾核心人員叫到了他的辦公室，集中破解難題。大家圍繞3種解決辦法迅速進行討論。
一種方法是“加強”，扛過去。可是加強到什么程度，上限在哪？未知！一種方法是“躲過去”。可是大家發(fā)現(xiàn)面對長五這個“復雜巨系統(tǒng)工程”，技術狀態(tài)一直在修正，根本回不到過去。“躲過去”不可能！還有一種方法就是“改”，“大改”還是“小改”？“大改”肯定時間不允許。只能“小改”！
大家很快就“小改”的方向達成一致。最終通過結構設計優(yōu)化的方式來提高發(fā)動機的可靠性，將發(fā)動機的性能再提高一個數(shù)量級。一個月后，修正后的YF-77發(fā)動機再次被拉到了試車臺。7月31日，緊張的試車工作再次展開，大家都知道“背水一戰(zhàn)”意味著什么。經(jīng)過一系列試車考核后，王維彬向大家宣布：試車成功。所有的人都歡呼起來，掌聲雷動。這個答案，他們已經(jīng)等待了太久。
后墻，確保不倒
中國航天一向秉承“質量至上”的理念。在“進度”和“質量”的天平上，一定是毫不猶豫地偏向后者。
2019年7月底，發(fā)動機的頑疾才被真正破解，此刻瞄著2019年12月31日的發(fā)射窗口，時間不足5個月。除去發(fā)射場兩個月的準備流程，留給長五的時間只有3個月了。
此刻，還有這些工序需要完成——需要拆卸原來帶有質量隱患的YF-77發(fā)動機；需要將發(fā)動機運至天津上箭裝配、檢測；火箭從整體恢復到“運輸狀態(tài)”；已經(jīng)兩年多沒有執(zhí)行任務的發(fā)射場地面設備進行檢修恢復；火箭“打包運輸”……對“長五”這個約57米高的“巨無霸”而言，可謂是“牽一發(fā)而動全身”。這其中還有多次評審會的流程，以及與外協(xié)單位的溝通配合。
遙二期間負責長五質量工作的楊慧此時開始負責長五的計劃調度工作。為了確保長五的時間進度，她們把對長五的管理精確到小時，把每一道工作的責任都落實到每一個人，一分一秒搶時間。而集團公司上下也以空前的力度全力保障長五遙三發(fā)射。
楊慧舉了一個例子，發(fā)動機加工時需要的一種螺栓，按照正常的加工進度，產(chǎn)品交付需要3個月的周期。在長五這里，3天拿貨！設計師幾乎是拿著剛下線的產(chǎn)品，第一時間飛抵北京。產(chǎn)品到手，會被迅速送到總裝廠房。“大國工匠”高鳳林師傅早已等候一旁。焊接一氣呵成，完美！很快又進入下一個操作程序，一環(huán)扣一環(huán)，一分鐘也不能耽擱。
中國航天60多年沉淀的“大力協(xié)同”的精神在長五遙三這里體現(xiàn)得淋漓盡致。
2019年9月26日，第一臺YF-77發(fā)動機如期上箭裝配。按照李東總師的建議，首次采取了“垂直上箭”的操作方式，3天后，發(fā)動機就裝配完成。
2019年10月6日，第二臺YF-77發(fā)動機上箭裝配。
2019年10月14日，發(fā)動機測試工作完成。
2019年10月16日，芯一級箭體恢復至運輸狀態(tài)。同一天，遠望號抵達天津港。
2019年10月17日至21日，完成裝船。
2019年10月22日，裝有長征五號的兩艘遠望號從天津港出發(fā)。
海運長五遙三火箭
長五遙三火箭，這次終于踏上了征程！當聽到遠望號那聲清脆的汽笛聲時，到港送船的人群中有人默默擦拭著眼淚。遭遇失敗時，沒有哭；歸零沒日沒夜時，沒有哭；一波三折看不到希望時，沒有哭。而當目送著長五遠去的時候，很多人才發(fā)現(xiàn)，這些年，投入到長五這項“國之重器”的航天工程中的，不僅僅是時間、智慧、精力、心血，還有對她深沉的愛。
【責任編輯：李子紅】
掃一掃在手機打開當前頁
