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托起大国航天梦

——“长征七号”液氧煤油发动机的前世今生

2023年09月14日

(上接一版)

遇质疑:老院士主意正

在当时,液氧煤油发动机的研制,犹如攀登世界航天动力领域的珠穆朗玛峰。不仅采用的推进剂、循环方式与常规发动机绝然不同,而且在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上,也比现有发动机高出数倍,在推力吨位、性能及可靠性方面均有大幅度的提高,必须在结构设计、材料、工艺、试验诸多方面采用一系列的先进技术,这就大大增加了发动机研制的难度。

突破这些关键技术,不仅是对六院几十年来液体火箭发动机已有认知的实践创新,也是对未来知识的大胆探索与全新驾驭。

其实,当年六院经多方论证,将液氧煤油发动机作为未来发展方向时,不仅国内质疑声四起,就连国外的权威专家也认为:即使你们能把发动机设计出来,也无法制造出来。

面对国内外的种种质疑与担忧,张贵田却更加坚定了一定要研制液氧煤油发动机的信心与决心。

他深知,这一火箭新动力的研制工作,是一个利国利民、使我国快步跨入世界航天强国之林的大工程。

他知道,液氧煤油发动机的优势显而易见:一是推力大,比现有长征系列发动机推力大60%,并具有进一步提高的潜力;二是没有污染,液氧和煤油都是环保燃料,而且易于存贮和运输;三是成本低,液氧和煤油的价格比较低廉,每次发射可以节约推进剂费用上千万元。四是可靠性高,通过采用一系列新技术,可大大提高运载火箭的可靠性;五是可重复使用。我国现有的长征系列运载火箭发动机均为一次性使用,而液氧煤油高压补燃发动机可多次点火试车,地面可重复使用。

这么好的发动机,我们没有理由不研制!

在张贵田的坚持之下,六院迎难而上,组建了一支由老中青科研人员组成的液氧煤油发动机研制团队,开始了艰苦卓绝的攻关征程。

经过持续攻关,他们先后完成了液氧煤油发动机总体方案论证;开展了富氧燃气发生器研究、主涡轮泵关键技术研究和主要阀门研究探索。终于攻克了液氧煤油发动机燃气发生器一涡轮泵联动试验等一系列关键技术,并于2000年通过了国家的正式立项。

最可贵:失败中坚持

正式立项后,在推动研制进程加快的同时,液氧煤油发动机一系列新的技术难题,特别是整机试验的难关却接踵而至。

2001年,液氧煤油发动机先后进行了四次整机试车,四次失败。其中,起动不正常,导致的连续失败,更让人喘不过气来。再加上外界舆论的肆意揣测,使得研制队伍情绪受挫,陷入迷茫。

坐过飞机的人都知道,起飞和降落是飞机最难控制的时候,也是出事最多的时候。液体火箭发动机也一样,起动和关机是最复杂的动态过程,尤其是起动过程,在几秒甚至零点几秒内,发动机的转动件,要从不转动加速到每秒几万转的高转速,燃烧组件要从环境温度达到三四千度的高温,起动过程的每个指令,都必须精确到零点零几秒、零点零零几秒,任何一个环节设计不好都可能导致发动机故障甚至爆炸。我国以往的大推力液体火箭发动机,都是依靠专门的火药起动器和起动装置这个外接能源保证起动,而液氧煤油却要依靠自身来完成起动。采用这些新技术使发动机的性能大为提高,可以达到国际先进水平,但是也给设计人员出了个大难题:怎样才能使发动机平稳顺利地起动起来?在液氧煤油发动机研制初期,起动问题就成为摆在设计人员面前的第一道难关,也是最大的难关。

设计人员的压力一次比一次大,每到试车前夕都是压力最大的时候,有的人晚上睡不着觉,有的人一睡着就梦到试车失败时的火光和浓烟,试车时控制间里坐满了人,但是紧张压抑的气氛使大家只能听到自己的心跳。

随着失败次数的增多,失落的表情几乎挂在每个设计员的脸上,失败打击了他们的信心。关键时刻,张贵田的一番铿锵话语,给研制队伍带来了信心:“要坚信,最后解决问题的不是别人,是我们自己!”

在老院士的激励之下,六院研制队伍攻坚克难、夜以继日地查找问题、改进思路、完善方案。经过半年紧张激烈的努力攻关,终于完成了五十多页的设计报告,提出了发动机新的起动方案和起动程序。

2002年5月,液氧煤油发动机整机试车终于成功了。2012年,120吨级液氧煤油发动机专项研制,正式通过国防科工局现场验收。

“这支研制团队的性格,如同他们所研制的液氧煤油发动机,意志坚如钢,心中一团火,倾力铸神箭,勇为先行官,朴实又沉稳,甘当铺路石。”航天六院党委书记黄亮说。在液氧煤油发动机研制过程中,这支研制团队所表现出的敢打敢拼、不屈不挠和先行一步,领先一路的品格,正是发动机人格化的体现。

本报记者 薛生贵

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