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當(dāng)前信息:中國空間站故事丨“胖五”發(fā)動機研制:要創(chuàng)新就不要怕失敗

2022-07-29 15:37:29來源:央視新聞客戶端  

“胖五”發(fā)動機研制: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,發(fā)動機是火箭的“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。


(相關(guān)資料圖)

航天科技集團六院西發(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,長征五號一共用了八臺120噸液氧煤油發(fā)動機。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“先進發(fā)動機基石”?;鸺l(fā)動機點火后,最高溫度達到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)動機進入工程研制,首先要解決的就是研發(fā)高溫合金。負責(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)動機需要的新材料達30多種。

沒有基礎(chǔ),就下定決心從頭開始。跟火箭發(fā)動機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。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發(fā)動機主任設(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、液氧煤油發(fā)動機、液氫液氧發(fā)動機等國家重大工程項目。通過液氧煤油發(fā)動機研制,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)動機研制:每一步都無比艱難

對于發(fā)動機來說,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)動機試車的畫面,剛研制完成的發(fā)動機,在試車臺上一點火就爆炸了。在液氧煤油發(fā)動機研制的初期,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)動機的研制團隊來說是最艱難的一年。這一年,進行了四次整機試車,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。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發(fā)動機主任設(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。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發(fā)動機主任設(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)動機平穩(wěn)順利地起動呢?研制團隊重整旗鼓,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。

航天科技集團六院液氧煤油發(fā)動機副總設(shè)計師 陳建華:發(fā)動機在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)動機進行了600秒長程試車,取得成功。2016年,液氧煤油發(fā)動機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。

航天科技集團六院副院長 馬雙民:通過發(fā)動機的研制,也完全掌握了高壓液氧煤油發(fā)動機的全套的技術(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,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 文為明 王剛 譚海梅 白龍飛 李寧 肖清文)

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