□ 張美書 張 平

2012年6月16日，茫茫戈壁，見證了液體火箭發(fā)動機(jī)創(chuàng)造的又一段傳奇。

“五、四、三、二、一，點(diǎn)火！”，0號指揮員摁下按紐，酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地發(fā)射塔矗立的火箭底部，騰地升起一團(tuán)火焰，瞬間火焰膨脹，伴隨震耳欲聾的聲音，巨大的煙霧鋪天蓋地，而火箭已經(jīng)離開地面，載著景海鵬、劉旺、劉洋等3名中國航天員的神舟九號飛船朝著浩渺的太空去……

霎那間，酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地指揮大廳里，掌聲如雷，神舟九號發(fā)射成功的喜悅讓所有人都為之激動欣喜。

然而，譚永華那顆懸著的心，仍然沒有落地。作為中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院院長，譚永華深知，只有等到3名航天員安全返回，航天科技六院為載人交會對接任務(wù)研制交付的近百臺發(fā)動機(jī)，才算真正完成了使命，那個時候，才是六院職工慶祝的時刻。而這一刻，伴隨著6月29日3名航天員健康“回家”。譚永華的臉上，才真正露出了欣慰的笑容。

飛向太空，匯聚沖天能量

YF-77發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗

液體火箭發(fā)動機(jī)，是火箭、飛船和飛行器的動力之源，是人類問鼎太空的“天梯”。航天科技六院是我國唯一集運(yùn)載火箭主動力系統(tǒng)、軌姿控動力系統(tǒng)及空間飛行器推進(jìn)系統(tǒng)研究、設(shè)計、生產(chǎn)、試驗為一體的航天液體動力研究院。從神舟九號點(diǎn)火升空，準(zhǔn)確入軌，與天宮一號實現(xiàn)自動、手控交會對接，到航天員返回地面，六院研制了近百臺功能各異、性能優(yōu)越的全系列發(fā)動機(jī)，確保了此次載人交會對接任務(wù)圓滿完成。

發(fā)動機(jī)是火箭和飛船的心臟，也是最容易“出事”的部位。美國的挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)的失事，就與發(fā)動機(jī)有關(guān)。而從神舟一號到神舟九號，航天六院所提供的發(fā)動機(jī)成功率達(dá)到100%。人們不禁要問，航天六院研制的液體火箭發(fā)動機(jī)是如何確保中國航天員在天地之間來去自如的呢？

國防科工局副局長胡亞楓（右一）、航天科技集團(tuán)公司總經(jīng)理馬興瑞（右二）等指導(dǎo)新一代運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)試車

航天科技六院慶祝交會對接獲得成功

1992年3月22日的驚魂一幕仍然歷歷在目：在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，長征二號捆綁火箭托著“澳星”聳立在發(fā)射架上。隨著倒計時的喊聲，8臺助推發(fā)動機(jī)和一級發(fā)動機(jī)同時點(diǎn)火，火箭噴出烈焰，但又猛的收縮，開始熄滅。長二捆火箭只是輕微的一晃，并沒有騰空而起。緊急關(guān)機(jī)，但火箭泄漏的燃料煙霧仍籠罩著整個箭體，400多噸重的火箭只靠著一個支點(diǎn)撐著，就像一顆巨大的炸彈。如果爆炸，發(fā)射場將成為一片火海，半徑6千米內(nèi)地面的氧氣將被奪去，靠肺呼吸的生物將窒息。

“難道是發(fā)動機(jī)出了問題？”遠(yuǎn)在千里之外的航天科技六院一萬余名職工，心都提到了嗓子眼。事后經(jīng)過分析，發(fā)動機(jī)沒有問題，是負(fù)責(zé)點(diǎn)火控制的程序配電器有鋁質(zhì)多余物，導(dǎo)致發(fā)射未能成功。

液體火箭發(fā)動機(jī)，再一次經(jīng)受住了嚴(yán)峻的考驗。

液體火箭發(fā)動機(jī)是高溫、高壓、高熱流密度的復(fù)雜系統(tǒng)，融合了熱力、氣動、燃燒、流體等多個學(xué)科，涉及到機(jī)械、材料、化工等多種行業(yè)，其發(fā)展水平是一個國家進(jìn)入空間、利用空間能力的重要標(biāo)志，是綜合國力的體現(xiàn)。

六院科研人員介紹，人命關(guān)天，作為中國首次載人交會對接任務(wù)，最重要的目標(biāo)就是確保安全。就發(fā)動機(jī)來說，有“兩怕”，分別是堵和漏。特別是飛船的動力系統(tǒng)，有些管路口徑細(xì)到0.2毫米，特別怕堵。而推進(jìn)劑方面，又害怕漏。漏了，主動力就達(dá)不到要求，無法把飛船送上預(yù)定的軌道。與神舟八號相比，神舟九號飛船發(fā)動機(jī)防堵防漏的能力進(jìn)一步提高。比如一些交叉焊縫的質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性不夠，容易受震后發(fā)生斷裂等情況。他們就通過結(jié)構(gòu)改造，用整體鍛造的方式，減少了幾個這樣的交叉焊縫，提高可靠性。另外，把一些鋁制的部件，換成鋼的，提高了強(qiáng)度。2011年11月，神舟八號飛船與天宮交會時，六院科研工作者發(fā)現(xiàn)在真空中發(fā)動機(jī)外面有一層紅色的光圈，說明真空中發(fā)動機(jī)的熱量很高，通過增加熱防護(hù)，順利實施了對部件的保護(hù)。

在飛向太空的征程中，航天員的生命安全無疑永遠(yuǎn)是第一位的。從火箭點(diǎn)火開始，最大的震動源來自于主發(fā)動機(jī)。航天員會感受到震動，如果震動加劇，對航天員產(chǎn)生的影響很大。這促使六院科研工作者力求讓發(fā)動機(jī)的燃燒更加平穩(wěn)。于是在燃燒裝置生產(chǎn)試驗過程中，他們對部件進(jìn)行優(yōu)選，比神舟八號的要求更嚴(yán)。優(yōu)選后，燃燒裝置的淘汰率達(dá)到50%，可以說是在合格產(chǎn)品中優(yōu)中選優(yōu)，被淘汰的部件其實在一般的火箭發(fā)射中是完全可以用的。

在這次載人交會對接任務(wù)中，最惹眼的，莫過于3名航天員在神舟九號飛船和天宮一號艙內(nèi)來回進(jìn)出和多次交會對接了。而事實上，確保交會對接的精準(zhǔn)可靠是最難的。對接靠的是動力，要求精準(zhǔn)度，不能有偏差。而這次交會對接，與2011年的無人交會對接不一樣的是，就是增加了手控功能。

其實，從神舟八號與天宮的對接來看，對接是非常平穩(wěn)的，是不需要進(jìn)行人工干預(yù)的，因為系統(tǒng)能夠達(dá)到對接的要求。但是，為了今后建設(shè)空間站的需要，這一次神舟九號特別安排了航天員進(jìn)行手動操作，增加航天員自我決策的環(huán)節(jié)。而在這些環(huán)節(jié)中，飛船上的發(fā)動機(jī)不但沒有停止工作，反而顯得更加忙碌起來了。特別是在幾次大的變軌后，就要進(jìn)入小調(diào)整階段，比如400米和140米停泊點(diǎn)，這時需要飛船上的小發(fā)動機(jī)工作，進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，比如減速、平移、俯仰等等，確保神舟九號與天宮一號實現(xiàn)精準(zhǔn)對接，完美交會。

安全返回，一路保駕護(hù)航

長征火箭二級發(fā)動機(jī)搖擺試車

長征火箭一級和助推器發(fā)動機(jī)

天宮一號熱控系統(tǒng)外回路泵熱真空試驗

長征二號F火箭二級發(fā)動機(jī)氣密檢查（張志敏攝）

航天科技六院不僅研制生產(chǎn)了火箭的動力系統(tǒng)，神舟飛船與天宮一號飛行器的動力系統(tǒng)也是由六院設(shè)計生產(chǎn)的。無論是飛船的姿態(tài)調(diào)整，還是飛船與目標(biāo)飛行器的交會，特別是飛船返回艙的安全返回，都需要發(fā)動機(jī)的幫助。

神舟九號飛船的推進(jìn)分系統(tǒng)，由返回艙推進(jìn)子系統(tǒng)和推進(jìn)艙推進(jìn)子系統(tǒng)組成。神舟九號與天宮一號一次次精準(zhǔn)的定位、靠攏、調(diào)節(jié)均要靠控制飛船上大小不一的姿控發(fā)動機(jī)來完成。

神舟九號飛船的發(fā)動機(jī)大小不一，其作用也各不相同，大的發(fā)動機(jī)能產(chǎn)生2500牛頓的動力，而最小的發(fā)動機(jī)卻只產(chǎn)生25牛頓的動力。正是這些推力不盡相同的發(fā)動機(jī)組成的合力，才能幫助神舟九號飛船完成交會。

神舟九號飛船推進(jìn)系統(tǒng)共配置48臺推力從25牛頓~2500牛頓的5個品種姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)，提供推進(jìn)艙、返回艙俯仰、偏航和滾動所需的動力，也可以說，在航天員操作交會對接全過程之前，這些小發(fā)動機(jī)起到了關(guān)鍵作用。為了保證安全，神舟九號飛船的發(fā)動機(jī)都有備份，對于航天員來說，他們都要學(xué)會故障排除模式，也即當(dāng)一個發(fā)動機(jī)出現(xiàn)問題時，航天員要通過指令，讓備份發(fā)動機(jī)開始工作。

在這次載人交會對接任務(wù)中，人們最牽掛的，莫過于3名航天員完成對接任務(wù)后，能否安全返回？

而在航天員安全返回的漫漫征程中，航天六院研制的飛船推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)動機(jī)，同樣發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

神舟九號飛船與天宮一號目標(biāo)飛行器分離后，神舟九號推進(jìn)艙發(fā)動機(jī)按照預(yù)定程序開始工作。待軌道艙與推進(jìn)艙分離后，由推進(jìn)艙上的發(fā)動機(jī)制動點(diǎn)火，進(jìn)入返回軌道，實施姿態(tài)調(diào)整。推進(jìn)艙與返回艙分離后，搭載3名航天員的返回艙開始進(jìn)入到自由滑行階段。

返回艙在滑行到離地面140千米，在進(jìn)入大氣層之前，返回艙發(fā)動機(jī)開始啟動，將返回艙調(diào)整到再入大氣層的攻角，保持一定的姿態(tài)，使返回艙始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，這是保障航天員安全返回地面的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過發(fā)動機(jī)一系列精準(zhǔn)可靠的工作，返回艙始終保持穩(wěn)定的姿態(tài)進(jìn)入到大氣層，一直工作到降落傘安全順利打開，航天六院研制的飛船推進(jìn)系統(tǒng)使命才算真正完成。從這個意義來說，航天六院研制的飛船系統(tǒng)發(fā)動機(jī)是航天員安全返回的根本保障。

六院研制的神舟飛船推進(jìn)分系統(tǒng)推進(jìn)艙的承力截錐模塊結(jié)構(gòu)，出廠前進(jìn)行氣密測試試驗

載人航天飛船推進(jìn)艙系統(tǒng)電聯(lián)試

未來天路， 更加順暢美好

盡管火箭名稱不同，但它們的動力系統(tǒng)卻有著良好的繼承性，就像優(yōu)秀的基因一般，被“遺傳”下來。目前我國的火箭發(fā)動機(jī)水平，與歐洲、美國和俄羅斯相比，總體來看，仍然存在一定的差距。就常規(guī)動力來講，經(jīng)過這些年來的不斷改進(jìn)，我們發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性非常好，能夠完成現(xiàn)今的發(fā)射要求與任務(wù)。

然而，目前總推力600噸的現(xiàn)役火箭，遠(yuǎn)不能滿足未來我國載人登月、深空探測的需求。僅以此次神舟九號飛船來說，目前的長征二號F火箭只能發(fā)射9噸左右的有效載荷，而分配到航天員工作的軌道艙、返回地球的返回艙，其空間大小可想知。

值得欣慰的是，目前航天科技六院研制的120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)已通過國家驗收，推力比我國現(xiàn)有長征系列運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)提高60%以上，使我國成為繼俄羅斯后第二個掌握液氧煤油高壓補(bǔ)燃發(fā)動機(jī)技術(shù)的國家，其運(yùn)載能力還有進(jìn)一步提升的潛力，使我國的航天運(yùn)載技術(shù)邁上了一個嶄新的臺階。

使用新的發(fā)動機(jī)技術(shù)，就能使我國的火箭動力系統(tǒng)處于世界先進(jìn)水平。更重要的是，新一代發(fā)動機(jī)將從一次使用變身為可重復(fù)使用，而且使用的是無毒環(huán)保的能源，其應(yīng)用的領(lǐng)域會更加寬廣。現(xiàn)階段我們使用的發(fā)動機(jī)單臺推力是75噸，火箭的運(yùn)載能力是9噸左右。而新一代大推力發(fā)動機(jī)單臺推力達(dá)到了120噸，比如長征五號火箭，就將使用這種新型發(fā)動機(jī)，能夠?qū)⒒鸺\(yùn)載能力提升到20噸。屆時，中國航天員的飛天之路將會變的更加順暢，在太空工作和生活的空間也會變得更加舒適和美好。

火箭發(fā)動機(jī)試車指揮間

當(dāng)今世界，航天活動蓬勃發(fā)展，載人登月、登陸火星和深空探測已成為各航天大國活動的熱點(diǎn)，大推力火箭發(fā)動機(jī)是進(jìn)入空間、利用空間能力的重要標(biāo)志。高性能、高可靠、低成本、無毒環(huán)保、操控性好仍是大推力火箭發(fā)動機(jī)發(fā)展的重要方向。不僅如此，在未來的歲月里，發(fā)展可重復(fù)使用運(yùn)載器，實現(xiàn)“快速、廉價、可靠”進(jìn)出空間是航天運(yùn)輸系統(tǒng)持續(xù)追求的目標(biāo)。

可重復(fù)使用運(yùn)載器，第一步，是可重復(fù)使用運(yùn)載火箭。航天飛機(jī)等已實現(xiàn)了部分重復(fù)使用，多次使用火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)是可重復(fù)使用運(yùn)載火箭的關(guān)鍵技術(shù)之一。第二步，融合航空、航天技術(shù)的水平起降空天飛行器，是實現(xiàn)航天運(yùn)輸系統(tǒng)完全可重復(fù)使用的終極目標(biāo)，吸氣式組合循環(huán)動力技術(shù)是空天飛行器的關(guān)鍵技術(shù)。吸氣式組合循環(huán)動力有機(jī)融合了火箭發(fā)動機(jī)、沖壓發(fā)動機(jī)等動力方式，通過工作模式轉(zhuǎn)換為飛行器起飛、穿越大氣層、入軌、軌道機(jī)動、軌道再入、降落等不同飛行階段提供動力，實現(xiàn)飛行器完全可重復(fù)使用。

譚永華表示，今后十年，是中國運(yùn)載火箭和火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時期，中國液體動力技術(shù)將緊密結(jié)合我國航天事業(yè)發(fā)展需求，增強(qiáng)現(xiàn)役火箭可靠性和適應(yīng)性，完成新一代運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)研制工作，全力開展更大推力液體火箭發(fā)動機(jī)研究，實現(xiàn)我國液體動力技術(shù)跨越式發(fā)展，為中國航天持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)力保障。

新一代運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)試車