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一生执着火箭“心”

来源:  发布时间:2024-03-12

——记“长征五号”系列运载火箭副总设计师陈建华

李 莉  户 万  卫婷婷

  

  火箭发动机是火箭和航天器的心脏,其发展水平决定了航天活动的规模和实力,支撑了国家进出空间、和平利用空间的能力,是国家科技水平的重要体现、国家安全的重要保障。

  作为航天科技集团六院11所(以下简称“11所”)技术专家、“长征五号”系列运载火箭副总设计师、“长征五号”系列运载火箭主要动力装置液氧煤油发动机研发团队的核心领军人之一,陈建华长年扎根在液体火箭发动机研究设计的一线,攻克了诸多发动机技术关键难题。秉承“技术作风双过硬”的原则,陈建华带领团队确保发动机工作正常,圆满完成了“天问一号”“嫦娥五号”“空间站建设”等国家重大发射任务,为我国火箭运载能力进入国际先进行列贡献了智慧和力量。

  20235月,陈建华荣获全国五一劳动奖章,这是对他30多年来从事液氧煤油等重点型号发动机的研究设计,全身心投入我国航天强国建设所作突出贡献的肯定。谈起获奖,一向低调的陈建华说:“航天动力领域存在许多挑战,一旦遇到‘拦路虎’之类的困难就不容易攻克。然而,我们之所以能够在这一领域取得快速进展,正是由于集体的努力和老一辈航天人的无私奉献,正是他们的智慧、经验和勇敢创新的精神使我们能够站在巨人的肩膀上,不断前进。”


扎根航天事业 在历练中蜕变


  液氧煤油发动机是采用液氧和煤油作为推进剂的火箭发动机。煤油作为绿色环保、经济性好的推进剂,无毒无污染,是综合性能优秀的推进剂。为提高我国航天领域竞争力,在20世纪80年代初,发动机研制单位开展了一系列探索研究,初步论证了液氧/烃发动机作为未来大型运载火箭动力装置符合我国国情,并已成为世界航天动力的主力。

  此后的19906月,11所开展高压补燃液氧煤油发动机关键技术攻关;199512月,采用国产煤油进行首次热试车成功,证明我国煤油完全可以成为液体火箭发动机的推进剂和冷却剂,开启了我国高性能液氧煤油补燃循环发动机的发展之路。20009月,液氧煤油发动机研制立项。2012729日在陕西的群山间,国产新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机点火热试车再获成功,这标志着我国成为继俄罗斯之后,第二个完全掌握液氧煤油高压补燃循环液体发动机核心技术的国家。之后,我国捷报频传,先后研制出不同推力量级、不同型式和结构方案的高性能液氧煤油发动机。

  毕业扎根航天事业,陈建华见证着中国航天一步步走向壮大,他自己也在一次次历练中蜕变成为打通一个个技术难关的核心领军人。

  “长征五号”系列运载火箭是我国运载火箭升级换代的标志项目,创新难点多、技术跨度大、复杂程度高。作为这一系列运载火箭的副总师,陈建华参与了“长征五号”全部飞行试验任务,带领团队保障发射场测发任务,确保发动机工作可靠、参数稳定。

  液氧煤油补燃循环发动机研制犹如攀登世界航天动力领域的“珠穆朗玛峰”,其中推力室研制难度之大,被誉为“开在悬崖上的液煤之花”。陈建华在国内首次提出燃烧不稳定性低压模拟试验方法,率领团队攻克发动机高效稳定燃烧、大热流冷却等世界性难题,为我国液体动力技术能力提升作出杰出贡献。

  对事业的执着,凝聚成陈建华前行的巨大动力。正是秉承这种精神,陈建华带领团队,突破了一个个技术瓶颈,奠定了液氧煤油发动机扎实的技术基础。1200kN液氧煤油发动机作为我国现役推力最大的液体火箭发动机,肩负我国“长征五号”“长征六号”“长征七号”“长征八号”新一代运载火箭全系列型号的发射任务,以高性能、高可靠、百分百成功的业绩,促进了新一代运载火箭从应用走向成熟,并持续为推进建设航天强国作出贡献。


挫折中淬炼 造出最强心


  陈建华坦言,与液氧煤油发动机研究结缘,很大程度上归因于当时的时代背景。张贵田院士在一次航展上得知消息,苏联急需大量轻工业产品,而中国恰好有大量相关产品积压在仓库。各取所需,以物易物,所里换到了发动机。

  发动机到手,所里立即组织大家开展研究,并决定启动液氧煤油高压补燃发动机的预先研究工作,刚毕业不久的陈建华懵懵懂懂加入进来。

  从学习别人到走出自己的路,这个过程充满曲折。“技术空白、材料没有、工艺不行,咱们自己的专家都说难度太大不可行,出去开会,很多人都表示怀疑。但张贵田院士一直信心坚定,老一辈特别值得我们敬佩,他们的眼睛里从来没有自己,高瞻远瞩,即使生活条件很艰苦,他们也要做出世界上最好的发动机。”陈建华说。

  有一段时间所里发不出工资,11所为了生存,开始养鱼、卖酒、生产汽车。好多年轻人都离开了,但陈建华却坚持了下来。

  最艰难的时刻也存在转机,有时候是血的代价。19995月我国驻南联盟大使馆遭到美军隐身轰炸机的轰炸,造成使馆人员严重伤亡。痛定思痛,国人更深刻地认识到,航天动力这个“国之重器”只有我们自己打造这一条路可走。2000年,国家正式立项,液氧煤油发动机进入工程研制阶段,由此一路跌跌撞撞,液氧煤油发动机翻越了一座座世界航天动力领域的高峰。

  从1991年开展组件级课题研究,后经整整10年,到2001426日,我国终于迎来首台整机热试车验证。在宝鸡凤县的山沟里,点火指令下达后,只见一股火焰从发动机旁喷出,点火剂“漏火”只能紧急关机。首次整机试车失败给研制队伍“当头一棒”,但万幸发动机产品完好。要知道,首次整机试车采用的百吨级液氧煤油发动机是“独生子”,凝聚着研制团队的全部心血,最难加工的推力室某些部分几乎是“雕刻”出来的,加工难度很大。

  重整旗鼓,发动机修复后的当年又开展了第二次整机试车。为在出现意外时第一时间实施紧急关机,团队选定反应最快的李伟民担任试车指挥员。点火指令下达后,红光一闪,发动机“爆炸”般的轰鸣声伴着阵阵火光直扑主控室的防弹玻璃窗,指挥员眼疾手快,“啪”地按下紧急关机按钮!2.8秒,关机!事后发现,李伟民由于用力过猛,指甲盖都劈开了。警报解除去看“爆炸”后的产品,大家惊讶地发现发动机居然完好无损!整机试车虽然提前关机,但发动机按预定程序进入稳态,数据全部获得,热试车成功!这次成功大大增强了团队的信心。

  然而后来连续进行的两次整机试车,发动机在启动过程中均出现爆炸。经过艰难攻关,第五台次整机试车启动正常,稳态参数平稳,发动机试车取得圆满成功。至此我国终于突破了全新发动机的启动难关,扫清了发动机启动这个头号“拦路虎”。

  历经不断的改进和完善,所有的难关均已突破,研制工作似乎已一帆风顺,发动机研制已初步具备转入下一个研制阶段的条件。可就在转阶段前的关键时期,又一次重大故障发生了。

  2005年元旦刚过不久,航天六院在西安郊区新建的试车台第一次进行液氧煤油发动机研制试车考核,作为试车队队长的陈建华领命上阵。但是,期待中的“开门红”没有出现,只听到了让人头晕目眩的爆炸声。

  陈建华深知,如果发动机的问题解决不了,不但这次任务不能成功,新一代运载火箭的研制也无从谈起。他和同事们捧着成百上千的爆炸碎片一遍又一遍反复查看,一点一点仔细分析。经过长时间的分析、探索和研究,终于找到了问题的根源。

  原来虽然扫清了发动机研制中的难关,但某个组件深层次技术细节不完备,导致发动机局部结构过热,带来冷却不足,最终发展成燃烧室壁温过高而被迅速烧毁。找准根源,他们一鼓作气调整了技术细节,液氧煤油发动机再次试车,圆满成功。

  这一次试车成功,为发动机转入下一个新的研制阶段奠定了坚实的基础。2005年年底,经评审委员会一致同意,发动机顺利转入试样阶段,标志着发动机可以开始用于执行火箭飞行试验任务了。

  此后,2006年,液氧煤油发动机进行了600秒长程试车,取得成功。2016年,液氧煤油发动机在“长征五号”首飞任务中获得成功。20201124日凌晨430分,“长征五号”遥五运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,成功将“嫦娥五号”月球探测器送入地月转移轨道。

  这次发射“嫦娥五号”探测器的“长征五号”运载火箭,配套了8120吨级液氧煤油发动机、250吨级氢氧发动机等大小30台火箭发动机,全部来自陈建华所在的航天科技集团六院。

  国人高度关注,不容任何闪失。距离火箭发射一周前,在发动机抽真空测试时出现了一个异常现象。顶住巨大压力,陈建华带领发动机任务团队,与西安“大本营”两地密切联动,沉着冷静地分析原因,迅速做出了准确的判断,提出验证措施。

  进行异常处置时,陈建华在测控厅与平台现场联动,当指挥员下达再次测试指令后,屏幕上的测试数据不断闪现,大约30分钟后终于传来“测试结束”的声音,当确认一切正常后,大家围向发动机团队竖起了大拇指。原因定位准确,试验验证措施有效,中午12点发现问题,晚上10点前就彻底解决,发射继续按规定流程有序进行,火箭可按预定时刻准时发射。发射当天,火箭准确无误将“嫦娥五号”送达预定轨道。

  接下来,在我国首次火星探测任务、空间站天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱的发射中,陈建华带领的液氧煤油发动机研制团队都发挥了重要作用,每次动力系统的表现都非常完美。


并肩作战 攻无不克


  陈建华在靶场重压下解决问题的能力远近闻名,但他却坦言这靠的不是经验。深入现场,看录像分析,在残骸中寻找蛛丝马迹,实事求是是他解决问题的方法和态度。他的办公桌上常常铺满爆炸物的残骸。深入一线、一丝不苟是陈建华对自己的要求,也是团队中每个人都在奉行的工作准则。

  陈建华的老搭档、液氧煤油发动机领域总师刘站国,为工作倾注了全部心血。液氧煤油发动机已经多次承担国家重大飞行任务,表现出色,但刘站国对液氧煤油发动机设计改进和可靠性提升工作始终没有丝毫放松,一有时间,就去研发和试车现场,了解实施过程存在的问题,并和研制团队一起寻找解决办法。作为好搭档,陈建华和刘站国两人在研制过程中总是并肩作战,攻无不克。

  作为航天科技集团六院11所液氧煤油发动机主任设计师,李妙婷在每一次重大飞行发射之前,都要带领试验队进行认真的举一反三,眼见为实是李妙婷一直崇尚的工作方法。从“长征五号”遥一到遥三,再到“长征五号”B首飞,李妙婷都是11所固定的试验队员。用陈建华的话来说:“每次‘长五’有任务,李妙婷就是试验队不可或缺的一员。”

  而新成员的加入又为团队注入了新鲜血液。为将新成员培养成基础扎实、作风扎实、工作扎实的“生力军”,团队从质量意识、质量能力等方面开展培养培训工作,帮助新员工快速转变身份、融入工作。通过给新员工压担子,他们迅速在实战中得到了锻炼,成为团队的骨干,挑起了重担。

  虽因工作任务繁忙,长年只有不到一半的人在工位上,团队“团聚”的日子屈指可数,但“技术作风双过硬,默默耕耘肯钻研”的液氧煤油团队精神,却铭刻在团队每个人的心中。虽身处天南海北,但心往一处想、劲往一处使,这支“硬核”队伍在攀登航天科技高峰的路途上从未停止向上的脚步。


以心换心 无怨无悔


  陈建华坦言,将液体火箭发动机研究作为一辈子的事业,对于他而言是在懵懂做出选择后,又顺势而为的结果。

  报考国防科技大学本不是陈建华个人的意愿,而是沅陵一中时任校长潘绍祥一手“敲定”的,他认为一中要培养做尖端科技研究的人才。学校半军事化的管理,让陈建华在入学后的一段时间里很不适应,还曾打定主意要退学。但他喜欢做有挑战性的事情,看到好多知识大家喊难,而自己却学得挺快,就觉得有点意思,慢慢心就定了下来。后来他一头扎进陕西凤县的山沟里,心无旁骛地做起了先进液体火箭发动机的研究工作。

  20世纪80年代,液体火箭发动机研究队伍青黄不接,在此机缘下,陈建华考上11所的研究生,工作后师从老一辈液体火箭发动机专家葛李虎开始了液氧煤油发动机的研究,由此亲历了匮乏挫折的艰难岁月,也见证了液氧煤油发动机从无到有的光辉历程。

  一辈子只要做好一件事,陈建华就认为自己的人生值得。航天工作强度大、压力大。先进的高性能发动机在驯服前“脾气暴躁”,需要耐心、细心和信心,还需要有承受难关久攻不下的强大心脏。发动机是火箭的心脏,“以心换心”,他们无怨无悔。

  陈建华认为谈理想在任何时代都不过时。他常跟所里的年轻人讲:“你们在工作中会遇到挫折,外面还有商业航天的诱惑,你们问一下自己,是否有坚定的信心给国家贡献10年最美好的青春?”

  陈建华清楚人太渺小了,思想也不是一下子就能成熟,自己能在这条路上一直走下来,也是在光阴的淬炼中获得了坚定的力量。他有湖南人“霸蛮”的性格,虽然不服输、有闯劲,但脾气大。而在遇挫折、担重任中,他的心态逐渐发生了变化,心胸也变得宽广。专业能力的提高,遇到大事能一针见血抓住问题本质,更让他拥有了长久从事这份工作的底气和自信。

  作为过来人,陈建华理解年轻人偶尔的彷徨和退怯。他说:“有时人的力量很弱小,攻关上、生活上不顺利,都可能给人带来打击。但善于发现工作与生活中的乐趣,并咬牙坚持一下,过了最难的一关,或许就能获得不一样的体验。”所以当年轻人提出辞职时,陈建华总会建议他们把辞职信先锁到抽屉里再冷静想想。

  作为博士生导师及集团公司学术技术带头人,陈建华乐于指导和帮助年轻人,已培养博士研究生和硕士研究生多人,是所里培养学生最多的导师之一。担任液体火箭发动机国防重点实验室第一届学术委员及六院科技委燃烧传热与环境专业组组长,他带领团队解决领域瓶颈难题,并培养十余名青年科技人员成长为中坚力量,多人已成长为主任、副主任或主任设计师。凭借为我国航天液体动力技术领域储备大批专业骨干,陈建华曾获集团公司“航天人才培养先进个人”称号。

  陈建华重视学生科研习惯的培养,更鼓励技术民主。他很佩服老师葛李虎。“那一代老专家对待技术敢于较真、硬碰硬的态度,值得我们一辈子去学习和践行。在葛老师主持的讨论会上,大家各抒己见,争得面红耳赤,没有技术权威和小新兵的区别,只要你的观点有理、有力、有据。”陈建华认为,只有在争辩中,才能诞生最好的主意和最好的决定。

  陈建华记得十几年前,发动机试车时出过一个大故障,他被叫去北京集团公司作专项工作汇报。当时他还年轻,见到满屋子院士紧张到发抖。老师张贵田院士走过来告诉他:“有我在,你不要着急,该说什么慢慢说。”就这么一句话,陈建华的心情平静下来,汇报全面细致,面对质询对答如流。最终故障分析、改进措施和后续试车考核方案获得一致通过。

  像他的老师们一样,陈建华也愿做学生坚强的后盾,无私地付出,陪伴他们茁壮成长,渡过每一个难关,带领他们攀登一座座科研的高峰。

  现在,陈建华正带领团队向着更大的挑战发起冲锋,努力为我国新一代运载火箭从应用到成熟,空间站建设及运营、探月工程、火星探测的高效实施,加快推进航天强国建设,实现中华民族伟大复兴的中国梦、航天梦作出新的更大贡献,以智慧和心血,践行液体动力人“以国为重”的铮铮誓言。
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2024年5月

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