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一生執著火箭“心”
——記“長征五號”系列運載火箭副總設計師陳建華

2024-03-05 09:42李莉戶萬衛婷婷
科學中國人 2024年2期
關鍵詞:陳建華液氧煤油

李莉 戶萬 衛婷婷

陳建華(后排左四)與液氧煤油發動機試驗隊員火箭轉場合影

火箭發動機是火箭和航天器的心臟,其發展水平決定了航天活動的規模和實力,支撐了國家進出空間、和平利用空間的能力,是國家科技水平的重要體現、國家安全的重要保障。

作為航天科技集團六院11所(以下簡稱“11所”)技術專家、“長征五號”系列運載火箭副總設計師、“長征五號”系列運載火箭主要動力裝置液氧煤油發動機研發團隊的核心領軍人之一,陳建華長年扎根在液體火箭發動機研究設計的一線,攻克了諸多發動機技術關鍵難題。秉承“技術作風雙過硬”的原則,陳建華帶領團隊確保發動機工作正常,圓滿完成了“天問一號”“嫦娥五號”“空間站建設”等國家重大發射任務,為我國火箭運載能力進入國際先進行列貢獻了智慧和力量。

2023年5月,陳建華榮獲全國五一勞動獎章,這是對他30多年來從事液氧煤油等重點型號發動機的研究設計,全身心投入我國航天強國建設所作突出貢獻的肯定。談起獲獎,一向低調的陳建華說:“航天動力領域存在許多挑戰,一旦遇到‘攔路虎’之類的困難就不容易攻克。然而,我們之所以能夠在這一領域取得快速進展,正是由于集體的努力和老一輩航天人的無私奉獻,正是他們的智慧、經驗和勇敢創新的精神使我們能夠站在巨人的肩膀上,不斷前進?!?/p>

扎根航天事業 在歷練中蛻變

液氧煤油發動機是采用液氧和煤油作為推進劑的火箭發動機。煤油作為綠色環保、經濟性好的推進劑,無毒無污染,是綜合性能優秀的推進劑。為提高我國航天領域競爭力,在20世紀80年代初,發動機研制單位開展了一系列探索研究,初步論證了液氧/烴發動機作為未來大型運載火箭動力裝置符合我國國情,并已成為世界航天動力的主力。

此后的1990年6月,11所開展高壓補燃液氧煤油發動機關鍵技術攻關;1995年12月,采用國產煤油進行首次熱試車成功,證明我國煤油完全可以成為液體火箭發動機的推進劑和冷卻劑,開啟了我國高性能液氧煤油補燃循環發動機的發展之路。2000年9月,液氧煤油發動機研制立項。2012年7月29日在陜西的群山間,國產新一代大推力120噸液氧煤油火箭發動機點火熱試車再獲成功,這標志著我國成為繼俄羅斯之后,第二個完全掌握液氧煤油高壓補燃循環液體發動機核心技術的國家。之后,我國捷報頻傳,先后研制出不同推力量級、不同型式和結構方案的高性能液氧煤油發動機。

畢業扎根航天事業,陳建華見證著中國航天一步步走向壯大,他自己也在一次次歷練中蛻變成為打通一個個技術難關的核心領軍人。

“長征五號”系列運載火箭是我國運載火箭升級換代的標志項目,創新難點多、技術跨度大、復雜程度高。作為這一系列運載火箭的副總師,陳建華參與了“長征五號”全部飛行試驗任務,帶領團隊保障發射場測發任務,確保發動機工作可靠、參數穩定。

液氧煤油補燃循環發動機研制猶如攀登世界航天動力領域的“珠穆朗瑪峰”,其中推力室研制難度之大,被譽為“開在懸崖上的液煤之花”。陳建華在國內首次提出燃燒不穩定性低壓模擬試驗方法,率領團隊攻克發動機高效穩定燃燒、大熱流冷卻等世界性難題,為我國液體動力技術能力提升作出杰出貢獻。

對事業的執著,凝聚成陳建華前行的巨大動力。正是秉承這種精神,陳建華帶領團隊,突破了一個個技術瓶頸,奠定了液氧煤油發動機扎實的技術基礎。1200kN液氧煤油發動機作為我國現役推力最大的液體火箭發動機,肩負我國“長征五號”“長征六號”“長征七號”“長征八號”新一代運載火箭全系列型號的發射任務,以高性能、高可靠、百分百成功的業績,促進了新一代運載火箭從應用走向成熟,并持續為推進建設航天強國作出貢獻。

挫折中淬煉 造出最強心

陳建華坦言,與液氧煤油發動機研究結緣,很大程度上歸因于當時的時代背景。張貴田院士在一次航展上得知消息,蘇聯急需大量輕工業產品,而中國恰好有大量相關產品積壓在倉庫。各取所需,以物易物,所里換到了發動機。

發動機到手,所里立即組織大家開展研究,并決定啟動液氧煤油高壓補燃發動機的預先研究工作,剛畢業不久的陳建華懵懵懂懂加入進來。

從學習別人到走出自己的路,這個過程充滿曲折?!凹夹g空白、材料沒有、工藝不行,咱們自己的專家都說難度太大不可行,出去開會,很多人都表示懷疑。但張貴田院士一直信心堅定,老一輩特別值得我們敬佩,他們的眼睛里從來沒有自己,高瞻遠矚,即使生活條件很艱苦,他們也要做出世界上最好的發動機?!标惤ㄈA說。

有一段時間所里發不出工資,11所為了生存,開始養魚、賣酒、生產汽車。好多年輕人都離開了,但陳建華卻堅持了下來。

最艱難的時刻也存在轉機,有時候是血的代價。1999年5月我國駐南聯盟大使館遭到美軍隱身轟炸機的轟炸,造成使館人員嚴重傷亡。痛定思痛,國人更深刻地認識到,航天動力這個“國之重器”只有我們自己打造這一條路可走。2000年,國家正式立項,液氧煤油發動機進入工程研制階段,由此一路跌跌撞撞,液氧煤油發動機翻越了一座座世界航天動力領域的高峰。

從1991年開展組件級課題研究,后經整整10年,到2001年4月26日,我國終于迎來首臺整機熱試車驗證。在寶雞鳳縣的山溝里,點火指令下達后,只見一股火焰從發動機旁噴出,點火劑“漏火”只能緊急關機。首次整機試車失敗給研制隊伍“當頭一棒”,但萬幸發動機產品完好。要知道,首次整機試車采用的百噸級液氧煤油發動機是“獨生子”,凝聚著研制團隊的全部心血,最難加工的推力室某些部分幾乎是“雕刻”出來的,加工難度很大。

重整旗鼓,發動機修復后的當年又開展了第二次整機試車。為在出現意外時第一時間實施緊急關機,團隊選定反應最快的李偉民擔任試車指揮員。點火指令下達后,紅光一閃,發動機“爆炸”般的轟鳴聲伴著陣陣火光直撲主控室的防彈玻璃窗,指揮員眼疾手快,“啪”地按下緊急關機按鈕!2.8秒,關機!事后發現,李偉民由于用力過猛,指甲蓋都劈開了。警報解除去看“爆炸”后的產品,大家驚訝地發現發動機居然完好無損!整機試車雖然提前關機,但發動機按預定程序進入穩態,數據全部獲得,熱試車成功!這次成功大大增強了團隊的信心。

然而后來連續進行的兩次整機試車,發動機在啟動過程中均出現爆炸。經過艱難攻關,第五臺次整機試車啟動正常,穩態參數平穩,發動機試車取得圓滿成功。至此我國終于突破了全新發動機的啟動難關,掃清了發動機啟動這個頭號“攔路虎”。

歷經不斷的改進和完善,所有的難關均已突破,研制工作似乎已一帆風順,發動機研制已初步具備轉入下一個研制階段的條件??删驮谵D階段前的關鍵時期,又一次重大故障發生了。

2005年元旦剛過不久,航天六院在西安郊區新建的試車臺第一次進行液氧煤油發動機研制試車考核,作為試車隊隊長的陳建華領命上陣。但是,期待中的“開門紅”沒有出現,只聽到了讓人頭暈目眩的爆炸聲。

陳建華深知,如果發動機的問題解決不了,不但這次任務不能成功,新一代運載火箭的研制也無從談起。他和同事們捧著成百上千的爆炸碎片一遍又一遍反復查看,一點一點仔細分析。經過長時間的分析、探索和研究,終于找到了問題的根源。

原來雖然掃清了發動機研制中的難關,但某個組件深層次技術細節不完備,導致發動機局部結構過熱,帶來冷卻不足,最終發展成燃燒室壁溫過高而被迅速燒毀。找準根源,他們一鼓作氣調整了技術細節,液氧煤油發動機再次試車,圓滿成功。

這一次試車成功,為發動機轉入下一個新的研制階段奠定了堅實的基礎。2005年年底,經評審委員會一致同意,發動機順利轉入試樣階段,標志著發動機可以開始用于執行火箭飛行試驗任務了。

此后,2006年,液氧煤油發動機進行了600秒長程試車,取得成功。2016年,液氧煤油發動機在“長征五號”首飛任務中獲得成功。2020年11月24日凌晨4點30分,“長征五號”遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空,成功將“嫦娥五號”月球探測器送入地月轉移軌道。

這次發射“嫦娥五號”探測器的“長征五號”運載火箭,配套了8臺120噸級液氧煤油發動機、2臺50噸級氫氧發動機等大小30臺火箭發動機,全部來自陳建華所在的航天科技集團六院。

國人高度關注,不容任何閃失。距離火箭發射一周前,在發動機抽真空測試時出現了一個異?,F象。頂住巨大壓力,陳建華帶領發動機任務團隊,與西安“大本營”兩地密切聯動,沉著冷靜地分析原因,迅速做出了準確的判斷,提出驗證措施。

進行異常處置時,陳建華在測控廳與平臺現場聯動,當指揮員下達再次測試指令后,屏幕上的測試數據不斷閃現,大約30分鐘后終于傳來“測試結束”的聲音,當確認一切正常后,大家圍向發動機團隊豎起了大拇指。原因定位準確,試驗驗證措施有效,中午12點發現問題,晚上10點前就徹底解決,發射繼續按規定流程有序進行,火箭可按預定時刻準時發射。發射當天,火箭準確無誤將“嫦娥五號”送達預定軌道。

接下來,在我國首次火星探測任務、空間站天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙的發射中,陳建華帶領的液氧煤油發動機研制團隊都發揮了重要作用,每次動力系統的表現都非常完美。

并肩作戰 攻無不克

陳建華在靶場重壓下解決問題的能力遠近聞名,但他卻坦言這靠的不是經驗。深入現場,看錄像分析,在殘骸中尋找蛛絲馬跡,實事求是是他解決問題的方法和態度。他的辦公桌上常常鋪滿爆炸物的殘骸。深入一線、一絲不茍是陳建華對自己的要求,也是團隊中每個人都在奉行的工作準則。

陳建華的老搭檔、液氧煤油發動機領域總師劉站國,為工作傾注了全部心血。液氧煤油發動機已經多次承擔國家重大飛行任務,表現出色,但劉站國對液氧煤油發動機設計改進和可靠性提升工作始終沒有絲毫放松,一有時間,就去研發和試車現場,了解實施過程存在的問題,并和研制團隊一起尋找解決辦法。作為好搭檔,陳建華和劉站國兩人在研制過程中總是并肩作戰,攻無不克。

作為航天科技集團六院11所液氧煤油發動機主任設計師,李妙婷在每一次重大飛行發射之前,都要帶領試驗隊進行認真的舉一反三,眼見為實是李妙婷一直崇尚的工作方法。從“長征五號”遙一到遙三,再到“長征五號”B首飛,李妙婷都是11所固定的試驗隊員。用陳建華的話來說:“每次‘長五’有任務,李妙婷就是試驗隊不可或缺的一員?!?/p>

而新成員的加入又為團隊注入了新鮮血液。為將新成員培養成基礎扎實、作風扎實、工作扎實的“生力軍”,團隊從質量意識、質量能力等方面開展培養培訓工作,幫助新員工快速轉變身份、融入工作。通過給新員工壓擔子,他們迅速在實戰中得到了鍛煉,成為團隊的骨干,挑起了重擔。

雖因工作任務繁忙,長年只有不到一半的人在工位上,團隊“團聚”的日子屈指可數,但“技術作風雙過硬,默默耕耘肯鉆研”的液氧煤油團隊精神,卻銘刻在團隊每個人的心中。雖身處天南海北,但心往一處想、勁往一處使,這支“硬核”隊伍在攀登航天科技高峰的路途上從未停止向上的腳步。

以心換心 無怨無悔

陳建華坦言,將液體火箭發動機研究作為一輩子的事業,對于他而言是在懵懂做出選擇后,又順勢而為的結果。

報考國防科技大學本不是陳建華個人的意愿,而是沅陵一中時任校長潘紹祥一手“敲定”的,他認為一中要培養做尖端科技研究的人才。學校半軍事化的管理,讓陳建華在入學后的一段時間里很不適應,還曾打定主意要退學。但他喜歡做有挑戰性的事情,看到好多知識大家喊難,而自己卻學得挺快,就覺得有點意思,慢慢心就定了下來。后來他一頭扎進陜西鳳縣的山溝里,心無旁騖地做起了先進液體火箭發動機的研究工作。

20世紀80年代,液體火箭發動機研究隊伍青黃不接,在此機緣下,陳建華考上11所的研究生,工作后師從老一輩液體火箭發動機專家葛李虎開始了液氧煤油發動機的研究,由此親歷了匱乏挫折的艱難歲月,也見證了液氧煤油發動機從無到有的光輝歷程。

一輩子只要做好一件事,陳建華就認為自己的人生值得。航天工作強度大、壓力大。先進的高性能發動機在馴服前“脾氣暴躁”,需要耐心、細心和信心,還需要有承受難關久攻不下的強大心臟。發動機是火箭的心臟,“以心換心”,他們無怨無悔。

陳建華認為談理想在任何時代都不過時。他常跟所里的年輕人講:“你們在工作中會遇到挫折,外面還有商業航天的誘惑,你們問一下自己,是否有堅定的信心給國家貢獻10年最美好的青春?”

陳建華清楚人太渺小了,思想也不是一下子就能成熟,自己能在這條路上一直走下來,也是在光陰的淬煉中獲得了堅定的力量。他有湖南人“霸蠻”的性格,雖然不服輸、有闖勁,但脾氣大。而在遇挫折、擔重任中,他的心態逐漸發生了變化,心胸也變得寬廣。專業能力的提高,遇到大事能一針見血抓住問題本質,更讓他擁有了長久從事這份工作的底氣和自信。

作為過來人,陳建華理解年輕人偶爾的彷徨和退怯。他說:“有時人的力量很弱小,攻關上、生活上不順利,都可能給人帶來打擊。但善于發現工作與生活中的樂趣,并咬牙堅持一下,過了最難的一關,或許就能獲得不一樣的體驗?!彼援斈贻p人提出辭職時,陳建華總會建議他們把辭職信先鎖到抽屜里再冷靜想想。

陳建華與試驗隊員在駐地技術交流

作為博士生導師及集團公司學術技術帶頭人,陳建華樂于指導和幫助年輕人,已培養博士研究生和碩士研究生多人,是所里培養學生最多的導師之一。擔任液體火箭發動機國防重點實驗室第一屆學術委員及六院科技委燃燒傳熱與環境專業組組長,他帶領團隊解決領域瓶頸難題,并培養十余名青年科技人員成長為中堅力量,多人已成長為主任、副主任或主任設計師。憑借為我國航天液體動力技術領域儲備大批專業骨干,陳建華曾獲集團公司“航天人才培養先進個人”稱號。

陳建華重視學生科研習慣的培養,更鼓勵技術民主。他很佩服老師葛李虎?!澳且淮蠈<覍Υ夹g敢于較真、硬碰硬的態度,值得我們一輩子去學習和踐行。在葛老師主持的討論會上,大家各抒己見,爭得面紅耳赤,沒有技術權威和小新兵的區別,只要你的觀點有理、有力、有據?!标惤ㄈA認為,只有在爭辯中,才能誕生最好的主意和最好的決定。

陳建華記得十幾年前,發動機試車時出過一個大故障,他被叫去北京集團公司作專項工作匯報。當時他還年輕,見到滿屋子院士緊張到發抖。老師張貴田院士走過來告訴他:“有我在,你不要著急,該說什么慢慢說?!本瓦@么一句話,陳建華的心情平靜下來,匯報全面細致,面對質詢對答如流。最終故障分析、改進措施和后續試車考核方案獲得一致通過。

像他的老師們一樣,陳建華也愿做學生堅強的后盾,無私地付出,陪伴他們茁壯成長,渡過每一個難關,帶領他們攀登一座座科研的高峰。

現在,陳建華正帶領團隊向著更大的挑戰發起沖鋒,努力為我國新一代運載火箭從應用到成熟,空間站建設及運營、探月工程、火星探測的高效實施,加快推進航天強國建設,實現中華民族偉大復興的中國夢、航天夢作出新的更大貢獻,以智慧和心血,踐行液體動力人“以國為重”的錚錚誓言。

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