“胖五”成功发射的背后：两年蛰伏，一飞冲天

 

12月27日晚，长征五号遥三运载火箭成功发射。郭文彬/摄

 

被誉为中国航天之父的钱学森曾经说过：科学试验如果次次都能成功，那又何必试验呢？经过挫折和失败，会使我们变得更聪明。

 

长征五号的“凤凰涅槃”之旅，就是眼下一个最好的例证。

 

两年前，长征五号第二次发射遭遇失利，这则消息像阴霾一样笼罩在国人心头，并一度引发质疑。如今，这枚中国最大火箭历时900多天“浴火重生”，再次出征。

 

12月27日，伴随着一阵震天撼岳的轰鸣声，长征五号在文昌航天发射场开启了它的第三次飞行之旅，一团耀眼的火焰簇拥着大火箭“华丽转身”，飞出天际。最终，任务宣布成功，这枚大火箭蛰伏两年，终于扬眉吐气！

 

一飞冲天的背后，可以用“一波三折”来形容。用中国工程院院士、中国航天科技集团一院长征系列火箭总设计师龙乐豪常挂在嘴边的话说，“失败是差一点的成功，成功是差一点的失败”——过去两年900多天的日日夜夜，中国航天人每时每刻都不敢掉以轻心。

 

惊心动魄2小时43分钟

 

长征五号是一枚从一出生就注定不平凡的火箭，它寄托了太多人的梦想和夙愿。长期以来，谈及我国的某项技术或某个领域的发展，人们已经习惯用“大而不强”来形容。但航天正在将这种说法打破，而打破这种说法的第一拳就是长征五号——相当于“航天强国”的入场券。其研制难度可想而知。

 

早在1986年，我国就已经开展了新一代运载火箭的论证，从上世纪90年代中期开始，针对新一代火箭发动机的研究提上日程。2016年，经过30年论证研制的新一代大火箭——长征五号首飞成功，万众瞩目。

 

然而，首飞成功的背后，也有“差一点失败”的插曲。

 

胡旭东是长征五号首飞任务01指挥员。他至今记得，那是2016年11月3日，发射时间从原定的18时整，推迟到20时43分。其间经历令人窒息的6次时间重置，甚至一度面临发射任务被迫取消的考验。

 

观看发射的人们因此记住了那“有惊无险”的特殊时刻，也对这枚拉开中国大运载时代序幕的火箭多了几分直观的认识。

 

时间回拨到当天17时30分，测发大厅气氛突然紧张起来，数百名科技人员的目光一齐投向大屏——由于火箭一级循环预冷泵无法正常启动，火箭“发烧”了。此刻大屏上显示的温度是238K，远高于110K的起飞标准……

 

据胡旭东回忆，这时任务指挥部研究决定，如果到了19时30分，发动机预冷效果还达不到发射条件，将启动推进剂泄回程序，取消此次发射任务。

 

19时28分，距离“底线”时间仅剩两分钟，发动机温度降至预定值，火箭成功“退烧”。

 

“设定点火时间为20时40分。”胡旭东大大地呼出了一口气。然而，即便是临发射前的最后关头，紧急情况却一再发生。

 

20时40分，距离最后发射仅余1分钟，胡旭东刚下达“1分钟准备”口令，突然听到控制系统指挥员韦康发出“中国航天史上最牛的口令”：“01，中止发射！”

 

“怎么回事？”

 

这一刻，胡旭东不由自主地站起来，脱口而出问了一句。

 

发射前10秒，胡旭东开始倒计时计数，突然又接到韦康“请稍等”的请求。

 

“中止发射！”胡旭东叫停了发射程序，再一次组织排查故障原因。问题最终得以解决。

 

“点火”口令终于下达，火箭腾空而起。

 

人们欢呼的背后，包括胡旭东在内的航天人开始整理分析发射数据，他们要面对的是63万条原始数据——这些关乎着中国大火箭下一次能否依旧“转危为安”。

 

猜到了开头 却没猜到结局

 

长征五号的前两次发射任务，龙乐豪都在现场。他一个明显的感受是：第一次发射任务虽然成功了，但是起飞前3小时的“跌跌撞撞”似乎更牵动人心，他说：“这也是难免的，毕竟这是一枚全新的火箭，情况太复杂。”

 

相应地，第二次发射，对很多在现场的人来说，“原本称得上十分顺利”。“起飞前不像长征五号遥一（即第一次飞行任务，记者注，下同）那样惊心动魄。”龙乐豪说，遥二的发射现场，最初几分钟“要平静得多”“要好得多”。

 

他当时还在想，“这或许是有了第一次的曲折经历，暴露出一些问题，继而做了大量改进工作，有经验了，心态比较平稳”。

 

的确，长征五号从文昌航天发射场第二次起飞之后，前面几分钟的飞行一切正常。但飞行300多秒后，问题出现了。

 

“突然之间，（长征五号）飞行曲线就不大对头了……”在文昌航天发射场测发大厅，龙乐豪从大屏幕上看到，曲线不是按照他们预定的方向往上跑，而是在往下“掉”。

 

他心头一紧：飞行曲线往下掉，就意味着火箭在渐渐失去推力，推力不够，火箭就没有加速度，就不能克服重力场的作用。

 

“那时，我预感到‘完了’，这一次发射要失败了……”龙乐豪说。

 

测发大厅一片寂静。

 

一位在现场的测控队员告诉记者，他们的心，就像大屏幕上的飞行曲线一样，“一直往下掉”，很多人都默默流下了眼泪。

 

当晚，新华社发布了任务失利的快讯。

 

“这个结果，是谁都不愿意见到的。”龙乐豪说，他很快就告诉自己，科学试验失败在所难免，当下要做的是如何尽快找出故障原因，采取措施，争取尽早复飞，用实际行动再次证明我们的火箭是可信任的。

 

那一晚，龙乐豪从测发大厅离开时，并没有和现场的航天后辈有过多的交流。但他相信，这些年轻的航天人有能力顶住压力。“现在看起来确实也是这样，他们并没有被困难所压倒——压趴下，仍然站了起来！”龙乐豪说。

 

又是发动机 到底难在哪

 

2018年4月16日，国家航天局对外发布长征五号遥二火箭故障调查情况，其中提到，长征五号遥二火箭飞行至346秒时突发故障。

 

故障原因为芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下，局部结构发生异常，发动机推力瞬时大幅下降，致使发射任务失利。

 

发动机，又是发动机，是的，这个曾一度刺痛国人的航空领域关键技术的字眼，这一次在航天领域成了“绊脚石”。

 

大火箭，自然离不开大推力，而大推力，就离不开发动机。在长征五号之前，我国现役火箭发动机单台推力最大只有70吨左右，想要发射超大型航天器，就显得“力不从心”了。

 

新型的大推力发动机应运而生。根据中国航天科技集团六院党委书记周利民的说法，经过15年不懈攻关，8台全新研制的120吨液氧煤油发动机，被装配在长征五号的4个助推器上，4台全新研制的氢氧发动机，则在一级和二级火箭上各装配了两台。

 

他有一个形象的说法，研制发动机的难度就像攀登珠穆朗玛峰，“一些外国专家说，即使我们设计出来，我们也不可能把它制造出来。” 这其中，遥二任务出现故障的氢氧发动机，更是“难上加难”。

 

周利民至今记得，面对全新的发动机，研制团队开始了夜以继日的科技攻关，几十种新材料、100多种新工艺一一被攻克。然而，发动机的起动成为最大的拦路虎。

 

他说，起动阶段整个发动机处在不稳定的动态过程里， 因为转速从静止状态转到几万转，温度要从低温状态进入到高温状态，我们的控制时序都是以毫秒级来控制动作的，任何一个动作配合不好，没达到预想的结果都可能导致失败。

 

最初让研制团队备受打击的是，长征五号首飞所用的发动机样机研制出来后，其试车结果连续4次均遭失败：两次起动爆炸，两次燃气系统烧毁。

 

周利民说，这些对整个研制队伍、设计队伍的信心打击非常大，“很多人做梦都梦见爆炸的场景，吃不下饭，睡不好觉”。

 

揪出“魔鬼” 消灭“敌人”

 

而这些，还只是中国航天人在发动机研制阶段所遭遇的“痛不欲生”。长征五号遥二任务失利后，这些人面对的压力变得更大，他们甚至将出现故障的发动机问题称之为“魔鬼”。

 

中国航天科技集团六院一位试验队员告诉记者，为了揪出“魔鬼”，消灭“敌人”，研制团队这两年多承受的煎熬、困苦、曲折、质疑，前所未有。所经历的磨砺、拼搏、奋斗、攻关，也是研制历史中罕见的。特别是那些隐藏很深的“魔鬼”，战斗之紧张之复杂，更是前所未有。

 

“‘魔鬼’时不时突然冒出来，蒙蔽研制团队的视线，甚至把他们逼进了伸手不见五指的无边深渊。但研制团队并没有被黑暗所吓倒，没有被击垮。”周利民说。

 

据中国航天科技集团六院的统计，仅2019年二三季度，该院北京11所氢氧发动机研制团队累计加班就达到2.3万小时，终于揪出了隐藏在发动机身上的“魔鬼”，消灭了负隅顽抗的“敌人”，排除了隐患，消除了故障。

 

长征五号火箭总设计师李东告诉记者，长征五号遥二火箭失利后，经过100余天的故障排查与定位，以及180余天的试验验证，失利的原因终于确认。此后，根据故障调查的结论，研制团队对芯一级氢氧发动机进行了设计改进，从结构、材料和工艺等方面都采取了相应的改进措施，提高了对飞行环境的适应性。

 

故障原因找到了，查明了，也改进了。一切看起来都是那么的顺利。

 

然而，新问题又来了。

 

归零过程 一波三折

 

2018年11月30日，改进后的芯一级氢氧发动机，在长程试车过程中出现问题。

 

李东告诉记者，这一次航天人反应更快，根据故障原因，研制团队对发动机的局部薄弱环节进行了改进，提高了结构的动强度裕度。

 

2019年3月29日，发动机试车故障的归零工作及改进验证全部完成——两次长程试车验证顺利通过，第二次的问题就这样解决了。

 

但很快，他们就迎来了第三次“遭遇战”。

 

2019年4月4日，在长征五号遥三火箭的总装工作进入到最后阶段时，一台用于后续任务的芯一级氢氧发动机，在试验数据分析过程中，出现了“异常振动频率”。

 

真可谓一波三折，再次验证了那句话：科学探索的道路从来不是坦途。

 

“不带一丝疑虑上天！”李东说，研制人员顺藤摸瓜，找到了问题的“症结”所在——发动机局部结构，对复杂力热环境非常敏感，容易引起共振，一旦激发，不易衰减。

 

2019年7月，研制人员完成了对发动机的结构改进，并完成了十几次大型地面试验。

 

至此，困扰长征五号两年多的发动机问题，终于排查完毕。

 

根据中国航天科技集团一院的统计，长征五号从2017年7月2日遥二失利，到2019年12月27日遥三发射成功，历时908天，累计进行了40余次关键技术试验。

 

908个日夜，无数次跌倒后又重新爬起。而最大的“硬骨头”——氢氧发动机，也在两年多时间里完成了凤凰浴火、涅槃重生。

 

按照龙乐豪的说法，900多天，这样的间隔时间——超出了任务失利后再进行后续飞行的周期，在长征火箭的历史上是属于比较长的，他印象里甚至还没有间隔这么长时间的“归零”。

 

“我们当然希望间隔时间缩短一点，但科学研究不可能随主观愿望改变。”龙乐豪说，长征五号遥二火箭的失利，是在复杂力热环境相互作用下，发动机某一零部件组件出现失效——这个问题隐藏得比较深，大多数情况下不出现，只是偶尔出现，然而一旦出现，就是“灾难性的结果”。

 

在他看来，这次“归零”，终于把这个捣蛋的“魔鬼”逮住，尽管耗费时间长，却值得。

 

“我们都憋着一股气”

 

事实上，揪出“魔鬼”，“再造”发动机，并非几个团队就能完成。

 

中国航天科技集团六院北京11所副所长颜勇告诉记者，长征五号遥二火箭发射失利，把拥有“金牌动力美誉”的液体动力事业推向了风口浪尖，芯一级大推力氢氧火箭发动机出现的故障，让发动机研制队伍承受了异常巨大的压力与考验。该所借助集团和六院的力量，利用一切有效资源，开展归零工作——可以说，这是一场技术攻关的“全国大联合”。

 

“我第一次见到这么多院士齐聚一堂！”北京11所质量主管吕威说，他印象最深刻的一次评审，有25位院士和5位大学教授作为特邀专家来到现场，听取发动机研制工作情况，提出意见建议，系统内的近60位领导专家也参与到交流讨论中。

 

事实上，两年前的任务失利之后，很多人也在跃跃欲试，期待重归“战场”，大显身手。

 

“如果挫折遮蔽了前路的光明，那就用不悔的初心举火夜行！” 文昌航天发射场发测站系统指挥员陈吉伟告诉记者，没有沮丧和气馁，大家都憋着一口气，各个系统、各个岗位重整旗鼓、从零开始，立即投入火箭复飞的准备中。

 

一次又一次地推演流程，一项又一项地预想回想，一遍又一遍地操作演练。发测站某系统空气压缩机运行不是很稳定，设备厂家反复做了数十次改进试验，问题依然存在。

 

有很多人都劝陈吉伟，“又不是制约性因素，差不多就行了”。但他的回答却不依不饶，“影响任务的因素，就得不打折扣，解决到底！”

 

如今，长征五号终于打赢这场“翻身之战”，它也成为中国航天2019年最具标志性的任务。而这，不仅是因为它决定着后续嫦娥五号、载人空间站和首次火星探测等重大工程任务的执行，更在于它将科学试验由失败走向成功的过程，以这样一种直观的方式呈现到公众面前，让人为之牵动，让人为之惊叹。

 

除了钱学森的那句话，阿尔伯特·爱因斯坦也有过一句被科学界奉为圭臬的“金句”，大意是：一个人在科学探索的道路上，走过弯路，犯过错误，并不是坏事，更不是什么耻辱，要在实践中勇于承认和改正错误。

 

长征五号做到了。中国航天人做到了。（记者 邱晨辉）