长征二号F运载火箭发动机研制纪实

http://www.sina.com.cn 2003年10月15日11:31 中国航天报

　　本报记者武铠

　　发动机被誉为火箭的心脏，它是航天器问鼎太空的力量之源，承担着为航天器提供动力的核心工作，是航天器执行任务的前提。对于载人火箭来说，发动机的可靠与安全，具有决定性的意义。

　　长征二号F运载火箭的发动机是由坐落在古城西安的中国航天科技集团公司第六研究院研制的。第六研究院的前身是067基地，他们研制生产的发动机因屡屡创下航天史上的奇迹，被誉为中国航天的金牌”发动机。在长二F火箭发动机的研制中，他们以一流的技术能力确保了100%的成功，续写了“金牌的奇迹。

　　从1992年开始研制，到1999年把发动机交付火箭总体部门，七年的风雨历程让亲历其间的任何人难以忘怀。1999年，装有他们亲手研制的发动机的长征二号F火箭首次彰显神威，将第一艘神舟飞船送上太空，欲登九天的中国人让世界为之一惊。而在此时，看着发动机喷出的炫目火焰，研制者们回忆起那些攻关的不眠之夜，那些在秦岭深处试车的酷暑寒冬的酸甜苦辣，一时百感交集，无语凝噎。

　　长征二号F火箭发动机虽然从外形上看，与它的前身———长二捆火箭发动机差别不大，但从内在性能方面进行了大量重要的改进，从载人航天的特殊要求考虑，发动机可靠性和安全性有了相当大的提高，另外发动机的生产水平和质量稳定性也平稳增长。组成长二F火箭发动机的零部件千千万万，改进的措施大大小小，达几十项之多。

　　严加试验换来高可靠

　　长二F火箭发动机的所有部件中，要说研制过程最令人难忘的就是涡轮泵了，因为在1997年，由它导致的一声爆炸不仅响彻秦岭山谷，更惊动了北京的航天领导层。

　　为了寻找发动机的隐患，他们第一严格过程，第二加大难度，同时成立航天多家单位组成的可靠性小组，对发动机可靠性进行评估。一级发动机额定工作160秒，他们试验600秒；二级发动机额定工作300秒，他们也按照最大限度600秒来试；对于二级发动机的四个小发动机，按照要求只需运行480秒，而他们均按照1100秒试验。

　　事情果然不出所料，发动机涡轮泵中的隐患没能逃过恶劣条件下的考验。1997年3月15日，这一天是社会上的人们对商品质量“较真儿”的日子，在秦岭深处的凤州山沟里，技术人员跟发动机“较真儿的试验也出现了异常现象。二级发动机试车到384秒时，正常喷出的火焰突然变成了黄烟，经验告诉他们，是主机燃料泵的推进剂泄漏了，没等他们做更多的反应，一分多钟后，一声轰然巨响，发动机爆炸了。在场的所有人惊呆了。

　　虽然从火箭的实际飞行时间来看，发动机工作不到384秒时发动机早已关机，不会影响飞行，但从严试验就是为了暴露问题，已经出现的问题就是一个巨大隐患，谁敢保证这样的爆炸不会提前发生呢？

　　当时距离神舟飞船首次飞行的时间已近，载人航天各个系统闻听发动机试车爆炸的消息，议论纷纷。一时间，此发动机到底可不可以用于载人火箭的争论引起了高层领导的重视。

　　067基地的研制人员虽然心情沉重，但他们马上组织起来连夜分解发动机残骸，研究分析故障产生的原因。随后，春寒料峭的大山深处，顶着失败的压力，技术人员面对发动机残骸展开了全面的测试。经过马不停蹄的测试、分析，他们认为是发动机涡轮盘出现疲劳裂纹，然后在飞速旋转中振动，将密封结构振碎，最终导致了两种化学推进剂泄漏、混合，引发爆炸。随后，大家工作了一天一夜将分析报告完成。第二天又接着向航天总公司、国防科工委汇报，连着36小时没有合眼，这36小时成为他们对长二F火箭发动机研制最深刻的记忆。

　　后来经过进一步分析查找，发现这个隐患在发动机里早就存在，只是在这次高强度的试车中才突现出来。为何涡轮盘会产生这样的裂纹？解决这个问题花费了他们很长的时间。其间，他们与许多单位进行了联合攻关，并组织研究、设计、工艺人员进行了深入试验。最终发现，是三方面的综合原因导致了涡轮盘裂纹的产生：第一，设计时忽视了动强度；第二，材料质量不理想；第三，加工方法有缺陷。而在较低强度和温度下的试验，不会暴露出这一隐患。很快，技术人员从涡轮盘的材料、设计结构和加工方法三方面进行了改进，效果很好，解决了历史问题。

　　经过涡轮泵爆炸事件的洗礼，研制者坚定了用严格试车来提高发动机可靠性的信心。此后，他们针对各次试验中暴露的问题，组织专家和技术人员对原有设计进行了重新修改，使发动机可靠性在原来的基础上提高了一大步。

　　最大限度保安全

　　载人航天的特点之一是要极大地保障安全性，钝感电爆管就是体现安全性的一个器件。非钝感的电爆管极为敏感，哪怕一点点静电荷也会让它误爆，造成意外点火。在航天的历史上，小小的电爆管曾多次酿成大祸。

　　1964年，美国雷神-德尔它火箭三级发动机在工作人员进行操作时，造成静电荷重新分布，使电爆管误爆而意外点火，造成三人死亡。

　　在此之前的1963年11月，该发动机也曾发生过类似事故，当时是由于一名技术人员戴着橡皮手套偶然摩擦发动机的塑料隔板，使电爆管感应静电荷而引起的。此外，在瑞典曾发生过这样一件事：一枚阿里安探空火箭进行测试时，由于检查电流过大使发动机意外点火，当场造成一人死亡，三人受伤。因此，载人航天必须采用高安全性的钝感电爆管。

　　钝感电爆管需要长时间、大电流才能起爆，因此一般不容易发生误爆事件，被称为安全电爆管。长二F火箭发动机钝感电爆管的第一个方案采用了隔板起爆器，于1995年通过了方案评审。但在进行与阀门的匹配试验时，有一个电爆管没有起爆。经过几个方案的改进和分析，大家认为原因在于环节太多，光一个起爆器就包括了施主端、受主端、隔板等好几个环节。点火药、装药量、药序、压药密度、隔板，哪儿出了问题都会影响起爆效果。环节越多，整体可靠性就越差。最后，设计师经过多次分析研究，毅然采取了新的结构方案，该方案简单可靠，质量容易保证，它为我国载人航天做出了不容低估的贡献。

　　历史上，发动机管路泄漏故障是发生概率较高、危害严重的问题。某航天型号发动机中，一些导管的连接可靠性不高，就是因为保留了老式结构。为避免出现类似的隐患，长二F火箭发动机中管路密封采取了多种类型的结构，实践证明，新的改进便于装配，密封效果好。

　　外国专家打高分

　　发动机工作时，推力室的温度高达3000℃，在高温和推进剂大流量进入时，推力室的抗干扰能力如何？工作稳定性如何？还有什么隐患？发动机专家钱维松建议对此进行稳定性鉴定。考虑到近30年来前苏联在高频燃烧稳定性方面进行过很多工作，经商定067基地和俄罗斯莫斯科化工机械研究所合作进行该项鉴定。俄罗斯专家用不同的脉冲枪向我发动机室连“打”三枪，结果，推力室对此竟置之不理，照常工作。俄方对记录数据进行认真分析后，不禁惊叹地认为，中方发动机稳定性水平之高，在俄罗斯也只有一种型号的发动机可与之媲美。

　　长征二号F火箭发动机分别进行了多组合的改进设计、可靠性增长试验，进行了多次高度的长程试车考验，取得了重要成果。经过改进———试验———再改进———再试验的反复过程，使发动机的水平有了显著提高，满足了载人航天的需要。

　　悲喜研制谱天歌

　　长二F火箭发动机研制史，有着说不完的故事。

　　现任航天科技集团公司副总经理的胡鸿福，在长二F火箭发动机研制的关键期间，担任着067基地主任的要职，也就是说，发动机若有什么差池，他将负第一责任。1998年11月，胡鸿福向航天总公司刘纪原总经理表示，第一次参加载人工程飞行的发动机，要做到三个百分之百。一是确保发动机所有部件在总装前一次达到百分之百合格；二是发动机出厂后，到发射场之前所有的检查、测试工作一次达到百分之百合格；三是在发射场的所有测试百分之百合格。

　　作为067基地的管理者，他在全基地实行了末位淘汰制，经过评审，谁因质量问题排在最后，谁就会被淘汰，至今六院还在坚持这一制度，每年都要淘汰一批质量上出问题的人。这项制度对于严格确保发动机质量起到了显著作用。

　　六院副院长肖厚德，是长二F火箭副总指挥，在发动机研制中，他组织进行了四次涡轮泵联试。前三次联试时，不断出现问题，试验人员压力很大。

　　在一次质量分析会上，肖厚德说：“平时把工作做细做好，试验时指挥员全权负责，有什么问题我们领导来承担。在试验前，他同试验人员一起吃饭，他端起酒杯单独敬了现场指挥员一杯，和蔼地说：“晚上好好睡觉，不要有太多的压力，明天该怎么干怎么干。其实，作为行政指挥，没有人比他的压力更大了，他白天开导大家，晚上却辗转反侧，夜不能寐。

　　20世纪90年代初就在067基地11所大发动机研究室担任主任兼主任设计师的张宝琨，是长二F火箭的副总设计师。六旬老人，在别人眼里应该是享受天伦之乐的角色，而斑斑白发的他却扎进科研最前线，一干就是十年。

　　张宝琨是独生子，母子感情很深。90年代初，80多岁的母亲因严重的风湿病，处于半瘫痪状态。而此时，正是长二F火箭发动机研制工作全面铺开的关键时期，照顾母亲的事只有妻子和儿女们承担了。但只要一有空，他便为母亲端屎倒尿、梳头喂饭，尽一点做儿子的孝心。

　　1994年12月底，发动机要进行第一次可靠性试验。试验前张宝琨家里打来电话，说母亲病危，而此时正是发动机装配的关键时刻。他坚持把发动机装配完毕才赶回家中。可是，老母亲没有坚持到这一天，没跟儿子说上最后一句话，便离开了人世。

　　张宝琨用最短的时间料理完母亲的丧事，三天后试验台上又出现了他的身影。不久，火箭发动机第一次可靠性试验获得了圆满成功，得到航天总公司领导的高度评价。

　　年轻的院长雷凡培对长二F火箭发动机倍加重视，从设计到生产到试验处处有他的身影，每次试验他必亲临现场组织指挥，他领导了设计、工艺和生产诸方面加严要求的制定，多次到发射现场，组织技术归零和管理归零，度过了许多不眠之夜。

　　这正是长二F火箭发动机研制队伍的精神写照，正是通过他们的智慧、团结与奋斗，神舟五号载人飞船连同英雄的航天员，被“金牌”发动机的神奇力量推向太空，实现中华民族千年飞天之梦。