三十而立多型火箭支撐中國載人航天工程

張曉華

1992年9月21日，中國載人航天工程以“921”為代號正式獲批。30年間，我國先后突破一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，成功擁有自己的空間站。如果說載人航天工程讓我們的飛天夢有了目標，那載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略則讓這一目標有了輪廓，其中的每一步都要有穩(wěn)扎穩(wěn)打的火箭作為支撐。

30年前，我國推力最大的火箭是長征二號E（以下簡稱“長二E”，其他型號表述同），當時它的可靠性指標僅為0.91，遠達不到載人標準。中國運載火箭技術(shù)研究院（以下簡稱“火箭院”）決定在它的基礎(chǔ)上研制“長征二號F載人航天新型火箭”，并將長二F的可靠性指標定為0.97。

研制載人火箭到底有多難？以零部件數(shù)量為例，汽車有幾萬個、飛機有十幾萬個、運載火箭有幾十萬個，載人航天產(chǎn)品則有上百萬個，所有環(huán)節(jié)必須萬無一失。彼時，火箭院的研制人員只在國外畫報上見過載人火箭，對它的細節(jié)一無所知。對當時國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)狀況而言，0.97無異于在喜馬拉雅山腳下遙望珠峰峰頂。

不懂就去學，沒有經(jīng)驗就去積累，自力更生是刻在中國人骨子里的品質(zhì)。火箭院派出10余人遠赴莫斯科學習載人火箭技術(shù)，經(jīng)過4年潛心鉆研，中國載人火箭研制取得突破性進展：箭體結(jié)構(gòu)靜力試驗具備條件、振動箭開始生產(chǎn)總裝、活動發(fā)射平臺投產(chǎn)……

“怎么那么難呢！”長二F火箭副總師劉烽回憶，1998年長二F火箭初樣箭來到酒泉，與試樣狀態(tài)的地面設(shè)備、首次應用的發(fā)射場“三方會師”。單獨驗證時表現(xiàn)良好的“三方”，“會師”后卻波折不斷。火箭和發(fā)射平臺推出去、拉回來，問題解決后再推出去，遇到新問題再拉回來……“一步一個坎兒，難題一眼望不到頭。”信心像戈壁灘上的碎石，在灼灼的日光里散落滿地。

跌入谷底、逐步爬升、大幅跨越，火箭院人在艱難中越挫越勇。1999年至2002年，長二F遙一至遙四火箭相繼研發(fā)成功，推動了陸海基航天測控網(wǎng)驗證、微重力環(huán)境下空間生命科學、空間材料實驗開展，贏得“神箭”美譽。

2003年10月15日，劉烽在發(fā)射塔架上做最后的檢查。航天員專用電梯緩緩打開，楊利偉手提小方箱走出來。目光接觸，劉烽心潮澎湃。那一刻，曾經(jīng)的寒風酷暑和披星戴月都有了至高無上的意義。

2005年10月，長二F遙六火箭將航天員費俊龍、聶海勝送入太空，順利完成多人多天太空飛行試驗，“三步走”戰(zhàn)略“第一步”順利收官。

“我已出艙，感覺良好！”2008年9月27日，當航天員翟志剛的聲音從遙遠的太空傳來，神州大地一片沸騰。完成7次發(fā)射的長二F火箭再次不辱使命，第3次成功發(fā)射載人飛船，托舉3名航天員合力完成空間出艙。

“火箭可靠性和安全性提升沒有終點。”長二F火箭總體主任設(shè)計師常武權(quán)說。2010年至2011年，在長二F火箭的安全性和可靠性持續(xù)攀升過程中，長七、長五B進入研制賽道，中國載人航天工程開始以“三步走+齊步走”模式闊步前行。

長七火箭6個模塊均采用液氧煤油低溫發(fā)動機，復雜程度遠超常規(guī)發(fā)動機。研制隊伍采用協(xié)同工作模式，總體結(jié)構(gòu)、控制、動力等專業(yè)設(shè)計人員進駐發(fā)動機研制單位聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過兩個月通宵達旦的奮戰(zhàn)，不僅圓滿解決了布局問題，還完成了總體及相關(guān)專業(yè)設(shè)計。

2011年7月，長七火箭轉(zhuǎn)入初樣研制，2015年5月轉(zhuǎn)入試樣研制。型號隊伍共攻克33項技術(shù)難關(guān)，完成包含全箭合練、動力系統(tǒng)試車在內(nèi)的313項大型地面試驗。這背后是研制隊伍快節(jié)奏、高強度的默默付出：有的設(shè)計人員剛在綿陽完成風洞試驗，就直接趕赴西安開展發(fā)動機熱環(huán)境測量;有的工藝和操作人員上午在南苑進行管路試驗安裝，下午又轉(zhuǎn)戰(zhàn)云崗吊裝貯箱……從總體到單機，從設(shè)計人員到工人，每個人都在為長七騰飛拼盡全力。

好消息接踵而至。2013年9月至2014年8月，長七火箭助推器、芯一級、芯二級三個模塊動力系統(tǒng)試車相繼成功;2015年3月，長七火箭在文昌航天發(fā)射場完成合練;2016年6月，長七火箭首飛分秒不差。

“這簡直不像一枚新火箭！”看著飛行數(shù)據(jù)，發(fā)射場相關(guān)負責人不禁贊嘆。

2017年4月20日，長七遙二火箭首次承擔中國載人航天工程任務，成功發(fā)射天舟一號貨運飛船，箭船組成的空間貨物運輸系統(tǒng)首戰(zhàn)告捷，“三步走”戰(zhàn)略“第二步”目標達成。

2021年4月29日，天和核心艙精準入軌，中國空間站建造進入全面實施階段。這一次，接力棒交給了長五B。長五B與長五火箭共享芯一級和助推器大部分關(guān)鍵技術(shù)，一出生就站在“巨人”的肩膀上。但長五B火箭一級半構(gòu)型在我國尚屬首次，火箭一級首次作為末級使用，直接送有效載荷入軌。

2013年是長五火箭和長五B火箭齊頭并進的第三年，“兩型火箭兩手抓、兩手都很硬。”長五系列火箭副總指揮曲以廣說，長五火箭開始大部段試驗，實現(xiàn)我國大型運載火箭跨越發(fā)展;長五B在兩輪減重后更精干，并攻克20.5米整流罩設(shè)計與分離、低溫動力零窗口發(fā)射、大推力直接入軌等重大關(guān)鍵技術(shù)。

“要想成功，就打起精神再戰(zhàn)！”2017年7月，長五遙二火箭飛行至346.7秒時，一級發(fā)動機突然關(guān)機，火箭偏離軌道后墜入大海。時隔多年談起此事，長五火箭動力系統(tǒng)設(shè)計師于子文仍難掩心痛。

曾經(jīng)為火箭更可靠做了多少努力，此時找到病灶就有多艱難。2019年12月，長五遙三火箭打贏復飛之戰(zhàn)，長五系列火箭重新以強者之姿站上航天舞臺。

2022年5月10日，長七遙五火箭成功發(fā)射天舟四號貨運飛船;6月5日，長二F遙十四火箭將3名航天員送入太空;7月24日，長五B遙三火箭將問天實驗艙送至預定軌道。新老火箭輪番上陣，助力走好“三步走”戰(zhàn)略“第三步”。

從無人飛行到載人飛行，從一人一天到多人多天，從艙內(nèi)實驗到出艙活動，從單船飛行到組合體穩(wěn)定運行……創(chuàng)造新歷史，是致敬歷史的最好方式。在載人航天工程而立之年，我國將建成三艙構(gòu)型的空間站，成為獨立掌握近地空間長期載人飛行技術(shù)，具備長期開展近地空間有人參與科學研究、技術(shù)試驗和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國家。

◎ 來源|光明日報