文章來源：中國航天科技集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2020-05-18
“據(jù)鞍橫劍，碧水銀灘策馬看。枕戈而眠，濤語椰香入帳簾。旌旗漫卷，袍澤瓊崖戰(zhàn)合練。鼙鼓驚天，群英龍樓送新船。
斗轉(zhuǎn)星換，十年終鑄成巨箭。甘苦暑寒，波折歷罷捷報(bào)傳。初心不變，今日夢(mèng)筑空間站。更待來年，鯤鵬扶搖九重天！”
2020年5月5日夜，長征五號(hào)系列火箭總設(shè)計(jì)師李東寫下了這首《減字木蘭花·賀長五B首飛》。
長征五號(hào)B運(yùn)載火箭從2011年正式立項(xiàng)研制，型號(hào)隊(duì)伍歷經(jīng)近10年鏖戰(zhàn)，又在決戰(zhàn)前頂住了抗疫“保衛(wèi)戰(zhàn)”，終獲首飛勝利。
放眼長五系列火箭研制全程，自2006年長征五號(hào)運(yùn)載火箭立項(xiàng)，乃至更早的1986年啟動(dòng)論證，無數(shù)個(gè)日夜里，幾代長五人嘔心瀝血鑄巨箭，也鑄就了“技術(shù)精湛、作風(fēng)精細(xì)、操作精準(zhǔn)、分析精確、合作精誠”的“五精”精神。
這種精神已融入團(tuán)隊(duì)成員的血液，成為他們攻堅(jiān)克難、協(xié)同創(chuàng)新的不竭動(dòng)力。
技術(shù)精湛——風(fēng)云際會(huì)謀跨代 技術(shù)追求無止境
長征五號(hào)系列火箭第一總指揮李明華常說，長五系列火箭是“夢(mèng)想之箭”，是實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國夢(mèng)想的“頂梁柱”。
從大型高軌衛(wèi)星到月球采樣返回、火星著陸巡視探測(cè)器，都要由長五發(fā)射；從空間站核心艙、實(shí)驗(yàn)艙到后續(xù)模塊，都要靠長五B火箭托舉。
從大推力發(fā)動(dòng)機(jī)、大直徑箭體結(jié)構(gòu)到國際先進(jìn)的控制系統(tǒng)，中國運(yùn)載火箭技術(shù)的一系列跨越，乃至相關(guān)領(lǐng)域材料、工藝、裝備的升級(jí)，都要通過長五工程來牽引。
跨代工程、圓夢(mèng)工程，非技術(shù)精湛者恐難為之。所謂精湛，不僅要通曉并應(yīng)用前沿技術(shù)，還要頂?shù)米」リP(guān)中的質(zhì)疑與壓力，同時(shí)也要平衡好先進(jìn)技術(shù)與工程總體目標(biāo)的關(guān)系，有所為，有所不為。
于是，一群有夢(mèng)想、善創(chuàng)新、肯實(shí)干的人被集結(jié)起來。
分管長五系列火箭控制系統(tǒng)的副總設(shè)計(jì)師李學(xué)鋒是原中國航天工業(yè)總公司一院12所（今航天科技一院12所）引進(jìn)的第一名博士后，也是把數(shù)字化控制系統(tǒng)引入型號(hào)的第一人。“當(dāng)時(shí)質(zhì)疑聲很大，我們頂著壓力干，最終取得了成功，推動(dòng)了控制系統(tǒng)的跨越式發(fā)展。”李學(xué)鋒說。
2007年，李學(xué)鋒被調(diào)到長五隊(duì)伍，一干就是13年。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)攻克、應(yīng)用了總線控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)，采用系統(tǒng)級(jí)冗余設(shè)計(jì)，為長五系列火箭打造了技術(shù)水平、可靠性均位居國際先進(jìn)之列的“超級(jí)大腦”。由于注重產(chǎn)品化，長五、長五B火箭控制系統(tǒng)硬件完全通用、軟件也無需大改動(dòng)，這也進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的可靠性。
在長五系列火箭團(tuán)隊(duì)中，還有許多人像李學(xué)鋒這樣，收起光環(huán)，躬身加入，默默耕耘10余年，又創(chuàng)造出新的“傳奇”。除了設(shè)計(jì)師，也有技能大師，比如這次在海南帶隊(duì)連續(xù)奮戰(zhàn)數(shù)月的“大國工匠”、國家級(jí)總裝總測(cè)技能大師、航天科技一院211廠天津火箭公司總裝車間副主任崔蘊(yùn)。
有人說，崔蘊(yùn)是火箭總裝總測(cè)的“通才”“帥才”，還有人說，沒有崔蘊(yùn)，大火箭可能都立不起來。外行人會(huì)問：不就是把火箭一塊塊拼起來嗎，有那么難？內(nèi)行人則會(huì)問：總裝總測(cè)包羅萬象，崔大師是怎么學(xué)通、干通的？
“總裝是火箭設(shè)計(jì)的最終實(shí)現(xiàn)，裝配過程中的絲毫問題，都可能給火箭飛行造成不可估量的影響。干總裝，不能光看自己這一攤，還要全面了解火箭各個(gè)方面的知識(shí)，觸類旁通，才能總裝出完美的火箭、向設(shè)計(jì)部門提出更優(yōu)的改進(jìn)意見。”崔蘊(yùn)說道。
除了帶著傳奇經(jīng)歷的前輩，更有一大批胸懷夢(mèng)想的年輕人，技術(shù)過硬是他們加入長五團(tuán)隊(duì)的門檻，而對(duì)這份事業(yè)的熱忱，則是他們技術(shù)更加精進(jìn)的動(dòng)力。
今年是一院一部長五火箭總體副主任設(shè)計(jì)師劉秉干航天的第10年，他大部分時(shí)間都撲在長五上。劉秉表示，干全新的型號(hào)，會(huì)面臨一道又一道難題，“解題”的過程很痛苦，但柳暗花明的一刻也因此更令人振奮。責(zé)任感與好奇心，讓他們對(duì)技術(shù)更加執(zhí)著。
作風(fēng)精細(xì)——風(fēng)場遍算十年整 “巨箭”躍上東南方
如果說燃料、貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)是火箭的血肉、骨骼，控制系統(tǒng)是火箭的大腦，那么彈道就是火箭的基因。要?jiǎng)澇鲆粭l最優(yōu)路線，火箭彈道總體設(shè)計(jì)師必須掌握火箭在飛行中各個(gè)時(shí)刻自身狀態(tài)與外界環(huán)境狀態(tài)的細(xì)微變化——火箭燃料用了多少？重量減輕了多少？周邊的風(fēng)向風(fēng)速是多少？
一院一部余夢(mèng)倫班組承擔(dān)著長五系列火箭彈道總體設(shè)計(jì)工作。這是我國第一個(gè)以院士命名的班組，幾十年來，班組成員拿出一條條經(jīng)典彈道，把長征火箭的實(shí)力發(fā)揮到極致。
長五火箭主打地球同步轉(zhuǎn)移軌道，軌道面接近赤道，通常向東飛。而載人飛船、空間站的軌道面與赤道的夾角很大，所以長五B火箭要向東南方向飛。
彈道總體設(shè)計(jì)師介紹，中國文昌航天發(fā)射場與西昌衛(wèi)星發(fā)射中心同處于西風(fēng)帶，但西昌緯度更高，常年有穩(wěn)定吹向東方的大風(fēng)；文昌則處于西風(fēng)帶邊緣，風(fēng)小了，風(fēng)向就容易亂。若不把高空風(fēng)的脾氣摸透，無法順風(fēng)而行，即便壯如長五，上天也有“折斷”的風(fēng)險(xiǎn)。
怎么才算摸透？
彈道總體設(shè)計(jì)師把整整10年的文昌春季實(shí)測(cè)風(fēng)場數(shù)據(jù)拿來，用火箭標(biāo)準(zhǔn)彈道進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真“打靶”，記錄下每次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)分析。伴隨著“火箭”在虛擬世界中的一次次御風(fēng)而起，文昌高空風(fēng)的秘密逐漸被揭開——
在95%的風(fēng)場條件下，火箭采用標(biāo)準(zhǔn)彈道即可安全飛行；另有5%的風(fēng)場條件較惡劣，風(fēng)很大，要對(duì)這些風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，據(jù)此設(shè)計(jì)雙向風(fēng)補(bǔ)償程序，進(jìn)行風(fēng)修正，也就是讓火箭轉(zhuǎn)個(gè)程序角，調(diào)整自身姿態(tài)以適應(yīng)風(fēng)向，就像人在大風(fēng)中走路時(shí)根據(jù)風(fēng)的方向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)身、躬躬腰。在這100%之外，10年不遇的惡劣風(fēng)條件也有可能出現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候，他們會(huì)當(dāng)場根據(jù)實(shí)際風(fēng)場生成一條風(fēng)修正彈道，盡可能保證火箭按時(shí)起飛。
操作精準(zhǔn)——中國最大整流罩 嚴(yán)絲合縫“零誤差”
在許多人看來，火箭是身著堅(jiān)硬鎧甲的巨人，其實(shí)，為了盡量減重，大部分火箭外殼又薄又軟，有的甚至薄如蛋殼；有的部段在總裝之前，如果不拿維持標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)的架子固定，就會(huì)“癱”在地上；拿起放下時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)“顫顫巍巍”的“呼吸現(xiàn)象”，給總裝對(duì)接帶來困擾。整流罩，就是最輕、最薄、最軟的部段之一。
長五B火箭的整流罩還創(chuàng)造了國內(nèi)最大的紀(jì)錄，高達(dá)20.5米，比長五火箭整流罩高8米，直徑達(dá)5.2米，“呼吸現(xiàn)象”也最明顯。而要保護(hù)好新飛船試驗(yàn)船以及后續(xù)空間站艙段，整流罩總裝必須達(dá)到嚴(yán)絲合縫“零誤差”。
怎么才能把活干到最精準(zhǔn)？一院211廠天津火箭公司總裝車間的駱鑫生接到長五B火箭整流罩發(fā)射場總裝指揮任務(wù)的那一刻，頭腦中就開始反復(fù)琢磨這個(gè)問題。而那時(shí)，他還在文昌執(zhí)行長五遙三火箭任務(wù)。
雖然從2015年就帶隊(duì)赴發(fā)射場執(zhí)行總裝任務(wù)，但干整流罩，駱鑫生還是第一次。一上手，就是中國最大的整流罩。
這么重的任務(wù)交給“新手”能行嗎？崔蘊(yùn)透露了他的考量：“駱鑫生干活仔細(xì)、善琢磨，指揮能力也可以，長五遙三等任務(wù)干得都不錯(cuò)。”同時(shí)，以往長五火箭整流罩都是車間總裝二組在干，駱鑫生是一組組長，這次干成了，車間就又可以增添一支有駕馭大整流罩經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍了。
要想把活干得精，必對(duì)產(chǎn)品摸得清。整流罩的每一處結(jié)構(gòu)、尺寸，駱鑫生都爛熟于心——在整流罩的縱向分離面的細(xì)管里，要插入40多米的導(dǎo)爆索，這是整流罩分離的關(guān)鍵，絲毫不能損傷；502個(gè)凹口螺栓用來固定分離面，上面的保護(hù)殼還有1004個(gè)小螺栓，每個(gè)螺栓允許加的力矩僅6牛，稍有誤差都可能影響分離……他把整流罩總裝的過程在頭腦中模擬了無數(shù)遍。
借鑒經(jīng)驗(yàn)也很重要。駱鑫生向二組的同事請(qǐng)教整流罩總裝方法、難點(diǎn)，并把自己的思考結(jié)合同事的經(jīng)驗(yàn)，制定出精細(xì)的實(shí)施方案，向自己的隊(duì)員們交底。
駱鑫生鼓勵(lì)隊(duì)員們開展頭腦風(fēng)暴。隊(duì)員是總裝工作的主角，他們發(fā)揮各自專長，群策群力，解決了許多總裝過程中的突發(fā)問題，把裝配精度干到極致。
在總裝現(xiàn)場，不僅有崔蘊(yùn)大師，還有一位經(jīng)驗(yàn)豐富、年逾古稀的老專家吳宏恩，兩位前輩把自己的經(jīng)驗(yàn)傳授給年輕人，并針對(duì)總裝中遇到的難題隨時(shí)進(jìn)行指點(diǎn)。
這次任務(wù)包括長五B合練與首飛，團(tuán)隊(duì)裝兩次、拆一次，相當(dāng)于干了三發(fā)箭的整流罩，但仍能保證高質(zhì)量、按節(jié)點(diǎn)完成。
在長五B首飛過程中，兩瓣七層樓高的整流罩準(zhǔn)時(shí)分離，動(dòng)作干凈利落。
分析精確——傳力脈絡(luò)重拓?fù)?“胖五”減肥變“壯五”
“胖五”是大家給長五系列火箭的昵稱。不過，在設(shè)計(jì)師們眼中，長五系列火箭就是自己的孩子，當(dāng)家長的都希望孩子又壯又帥，想方設(shè)法幫孩子減掉“贅肉”。
“尤其是對(duì)于長五B這個(gè)構(gòu)型。”八院長五系列火箭項(xiàng)目辦主任張修科介紹，以往火箭有二級(jí)甚至三、四級(jí)，一級(jí)、助推器減重對(duì)提高運(yùn)載能力的貢獻(xiàn)不是特別明顯。可長五B只有一個(gè)芯級(jí)，假如助推器能減125公斤，火箭就能多送約100公斤東西上天。
但是，火箭在初始設(shè)計(jì)時(shí)就很注重減輕重量了，再想減必須精確分析，否則有可能降低火箭可靠性，甚至影響成敗。
八院長五系列火箭助推器團(tuán)隊(duì)把目光投向了本型號(hào)的特有的斜頭錐。這里是把數(shù)百噸推力傳遞給芯級(jí)的地方，為了抗住勁，捆綁點(diǎn)及周邊的“筋骨”設(shè)計(jì)得很瓷實(shí)。不過，團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)了既扛勁、又減重的兩全法。
“助推器捆綁連接處受到的局部彎矩很大，就像一個(gè)人單肩扛重物，肯定不舒服。”張修科介紹，“若用杠桿原理，在捆綁連接處延伸出一根‘扁擔(dān)’，變單肩扛為雙肩挑，這不就輕松多了嗎？”
“另外，助推器頭錐初始設(shè)計(jì)的時(shí)間已過去10多年了，那時(shí)候傳力計(jì)算分析方法的效率較低，為了提高可靠性，還會(huì)在設(shè)計(jì)過程中再‘找補(bǔ)’。”八院長五系列火箭產(chǎn)保副經(jīng)理吳小軍介紹，“如今，我們采用更先進(jìn)的軟件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，找到最簡潔的傳力方式，并把理想的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果工程化，變成可以實(shí)際造出來的產(chǎn)品。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)方式上，我們淘汰了化銑工藝，采用機(jī)械加工，進(jìn)一步提高加工精度。”
團(tuán)隊(duì)在捆綁連接處、氣瓶、管路等方面開展的減重工作，共為4個(gè)助推器減輕了約700公斤，火箭由此增加的運(yùn)力，相當(dāng)于3顆東方紅一號(hào)衛(wèi)星的重量。
除了減重，助推器團(tuán)隊(duì)近兩年還開展了一系列“再分析、再設(shè)計(jì)、再驗(yàn)證”工作，對(duì)增壓輸送管補(bǔ)償器等進(jìn)行改進(jìn)，目的都是為了讓長五B火箭更壯，飛得更棒。而這些改進(jìn)成果，將應(yīng)用在全系列長五火箭中。
合作精誠——各系統(tǒng)完美協(xié)同 大推力直接入軌
作為航天復(fù)雜巨系統(tǒng)工程，長五系列運(yùn)載火箭的研制離不開各系統(tǒng)、各專業(yè)乃至各行業(yè)的通力合作。而長五B火箭首飛驗(yàn)證的大推力直接入軌技術(shù)，就是各系統(tǒng)精誠合作的典型代表。
以往火箭末子級(jí)的主發(fā)動(dòng)機(jī)推力較小，與推力更小的姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)配合，共同對(duì)航天器入軌前的位置、姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)。而長五B火箭只有一個(gè)芯級(jí)，兩臺(tái)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力達(dá)到百噸級(jí)，從地面點(diǎn)火一直工作到把航天器送入軌道，還要實(shí)現(xiàn)航天器高精度入軌，難度極大。
氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)要“打全場”，首先要確保可靠性，而驗(yàn)證可靠性，就需要批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)行大規(guī)模的地面試車。在生產(chǎn)方面，一院211廠發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)、裝配等車間24小時(shí)多班倒，這道工序開始干，下一道工序的操作者已經(jīng)上崗了，不讓產(chǎn)品等人，而是讓人等產(chǎn)品，連“大國工匠”高鳳林都會(huì)凌晨上崗，親手焊接發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
在試驗(yàn)方面，六院101所氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車團(tuán)隊(duì)反復(fù)分析試驗(yàn)系統(tǒng)組成、試驗(yàn)流程、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換流程，采取工作時(shí)間量化、碎片時(shí)間利用、部分工作并行等措施，邊施行、邊調(diào)整，最終完成了對(duì)試驗(yàn)流程的優(yōu)化，使單次試驗(yàn)準(zhǔn)備周期縮短了一半以上，試驗(yàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換周期也縮短了一半，試車效率大幅提高，讓發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性得到充分的地面驗(yàn)證。
除了提高可靠性，發(fā)動(dòng)機(jī)“后效”也是影響精確入軌的重要因素。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)“后效”就像燃?xì)庠铌P(guān)閉后的“余火”，對(duì)航天器精確入軌帶來不可控因素。六院北京11所氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分析出發(fā)動(dòng)機(jī)“后效”的估計(jì)值；一院長五系列火箭控制系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)要充分考慮“后效”的誤差，通過數(shù)學(xué)仿真“打靶”模擬上萬種情況，驗(yàn)證制導(dǎo)控制率設(shè)計(jì)的正確性；彈道總體設(shè)計(jì)也要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)“后效”的偏差，完善彈道設(shè)計(jì)方案……
在各大系統(tǒng)的共同努力下，長五B火箭首飛即實(shí)現(xiàn)大推力直接入軌，精度堪稱“正中靶心”，在太空刻下長五團(tuán)隊(duì)“五精”精神的印記。
【責(zé)任編輯：龍靜怡】
