中國航天走出至暗時刻

陳立 趙聰

中國航天一向秉承“質量至上”的理念。在“進度”和“質量”的天平上，一定是毫不猶豫地偏向后者。但從2017年7月2日長五遙二火箭飛行失利，到2019年12月27日長五遙三任務發射成功，908個日夜，對于長五研制團隊這支鋼鐵之師而言，究竟經歷了什么？近日，發射失敗后的三次歸零內幕曝光。

在中國航天60多年的發展史上，從未有這樣一枚火箭讓人如此關注、如此揪心。

有人說，它的成功，至少關系中國航天未來20年的發展。它就是我國目前運載能力最大的火箭——長征五號運載火箭。

然而曾經，失利來得猝不及防。2017年7月2日，長征五號發射失敗。

2018年4月16日，國家國防科工局發布消息稱，長征五號遙二火箭飛行失利故障原因基本查明，故障出自火箭的液氫液氧（YF-77）發動機，長征五號工程研制團隊正在全面落實故障改進措施。

發動機是火箭的心臟，渦輪泵則是發動機的心臟。它通過高速轉動給來自貯箱的液氫和液氧增壓，繼而供應到推力室，使之混合燃燒，產生巨大推力托起火箭飛行。渦輪泵，正是長五遙二火箭歸零的“要害”。

渦輪泵，長征五號運載火箭芯一級YF-77液氫液氧發動機上唯一高速旋轉的裝置。在最高900開爾文溫度（626.85攝氏度）的熱環境和極其復雜的力學環境下，它會以每分鐘近2萬轉（約每秒333轉）的速度轉動。

在此之前，3臺YF-77發動機一共進行了15次試車，均順利通過考核。這次它將在地面接受工況環境最為惡劣的一次“加試”，迎來500秒的長程試車。發動機研制方——北京11所的研制人員也在高負荷運轉。晝夜不分甚至讓人精神面貌出現“反?！闭髡椎募影酄顟B，已經持續了一年多，大家希望這500秒是黎明前最后的黑暗。

試車開始沒多久，氧渦輪泵的局部結構斷裂，“心臟”停止跳動。這是中國現役最大運載火箭長征五號發射失利后，出現的首次發動機地面試車失敗。此時是2018年11月末，北京冬天已至。

長征五號火箭副總設計師王維彬曾把YF-77發動機的歸零工作視為“在黑暗中探索”。誰也沒想到，黑夜會如此漫長。

“心像被撞了一下”

2017年7月2日，黑夜以一種急速下墜的方式到來。

那天晚上，長征五號火箭副總設計師王維彬的心情就像坐過山車，車最后栽倒在谷底。

巨大的長征五號在塔架上靜靜矗立，媒體架起了攝像機，老百姓等候在電視機前。發動機點火，正常。點火170秒后，4個裝有液氧煤油發動機的助推器完成使命，成功分離;346秒時，發動機提前熄火，問題出在一臺芯一級上的YF-77發動機。

王維彬感覺渾身麻木，“心像被撞了一下”。

正在北京家中的主推進發動機設計部主任鄭大勇接到所里的電話，聽到的第一句話就是“發動機轉速沒有了”。

鄭大勇趕到單位。位于北京東高地的測控大廳里集結了一群人。他們全部被電話“召回”，圍到一處，盯著屏幕看一級發動機傳回的數據，現場鴉雀無聲。

多年來的經驗與初步分析的結果基本吻合：火箭芯一級發動機問題比較大。但屏幕上的數據只能描繪出問題的大致輪廓，還不足以精準地找到病根。

發動機出現故障之后，長征五號火箭已經偏離了軌道，墜入太平洋。沒有殘骸，就看不到病癥，也就無法用藥。與此同時，輿論通過網絡很快發酵。甚至有網友評論：中國航天進入至暗時刻。

當時在北京家中收看發射直播的吳平和身處海南文昌發射場的王維彬，至今回憶起那一晚都還會有些恍惚。吳平與王維彬結婚32年，也一起在北京11所工作了30多年，她了解王維彬，所以發射失利后并沒有立即聯系他?！拔椅ㄒ荒茏龅?，就是等?！眳瞧秸f。

“失聯”幾天后，她等到王維彬發來的第一條信息——“馬上登機”。幾個小時后，王維彬落地北京再度“失聯”，直至半夜才推開家門。

“要做到故障復現，太難了”

從那天起，吳平在近兩年的時間里都處于“等待”中。王維彬早上出門，經常后半夜才回家。夜里12點如果人還沒回來，吳平就先睡了。盡管兩人同在所里上班，卻形同路人。

和王維彬一同進入“歸零”作息時間的，有一大批YF-77液氫液氧發動機研制人員，還有火箭抓總研制單位航天科技集團一院的研制人員、火箭發動機抓總研制單位航天科技集團六院的研制人員，以及我國知名院士專家……

長征五號遙二火箭飛行失利，牽一發動全身，整個航天科技集團乃至國家有關方面都開始痛定思痛，在全面反思中前行，在質量整改中蓄勢，準備下一次起飛。

在六院，這是一場全員之戰?！氨仨毤褐?，凝聚共識，攻堅克難，排除故障，讓氫氧發動機滿血復活！”院長劉志讓向全院型號戰線發出院長責任令。

對于當事人來說，這次難度極大的歸零是在“先天不足”中開始的?；鸺龤埡〕寥肴f丈深海，研制人員掌握的數據遠遠不夠。

“想了很多辦法，盡可能地收集數據，也沒能精確定位故障，要做到故障復現，太難了?！蹦贻p的渦輪泵設計師黃克松回憶。從各級領導到各行專家，陸續登門北京11所，大家也只是把故障粗略鎖定在氧渦輪泵上。

液氫液氧發動機的渦輪泵，一頭是極低溫的泵，另一頭是高溫的渦輪，這讓渦輪泵在發動機工作時的受力情況顯得尤為復雜。它在高速轉動中，負責動力傳輸，將熱能、動能轉化為機械能。研制人員一開始是從工藝層面對渦輪泵進行“加固”，黃克松解釋：“主要是一些局部改進?！?/p>

歸零進展緩慢，很多人的關切詢問不時傳來，研制人員經常只能報以沉默。家里的耄耋老人曾有一個多月沒見到王維彬，好不容易，王維彬有空回來吃飯，老人驚訝道：“你現在怎么身體跟我一樣差了？”

“他們這些人，為長五耗盡了心血”

在歸零工作最緊張的時候，胡鵬的妻子商蕾也陷入了崩潰。那次胡鵬去了海南文昌，父母親沒在家，單位開展保密檢查，裝修師傅還讓商蕾上門看涂料。孩子晚上等不來媽媽，一連打了20多個電話。焦頭爛額的商蕾回家后，對兒子發了一通火。

胡鵬在型號處工作，兩人在單位見不著面，在家里也說不上幾句話。經常是胡鵬接到一個電話，然后接連撥出幾個電話?！敖与娫捠怯腥蝿諄砹?，撥出電話是立即執行”，商蕾說有時候她想跟丈夫聊聊天，卻見他已經披上衣服準備出門了。

王維彬的血壓開始升高，嚴重的痛風讓他的雙腿失去了活力，一度只能一瘸一拐地挪向會議室。有時候趕上出差，他坐早上6點的航班離開北京，夜里搭乘紅眼航班回來，吃點安眠藥，天亮后又出現在發動機試驗現場。

吳平憋不住了。

“工作上的事我不過問，就希望你能多睡會兒?！?/p>

“我也希望有陪伴?！?/p>

“你怎么病沒好又跑走了，連自己都管不好！”

吳平語氣慢慢加重，面前這個在同事眼中溫文爾雅的安徽男人也開始生氣。

“你不懂，你還是不能理解我?！?/p>

“你就不能對我耐心一點？”

平時講話都客客氣氣的兩口子，爭吵了起來，攪動了平靜的生活。

偶爾在家里落腳時，王維彬也是沉默不語，一心思考歸零工作。長五遙二火箭飛行失利是YF-77發動機研制人員心里的傷口，大家變得比過去敏感，尤其不希望傷口被觸碰，家人也不例外。

他們乃至整個六院的人心里清楚，這也是關乎中國航天未來的背水一戰，要讓各方放心，就必須“干掉”所有隱患。

“其實我就希望他能安穩睡上一覺?！睔w零期間，吳平盡量不打擾王維彬，只想讓他擠出時間多睡一會兒。她最大的愿望是盼著退休后兩人能手牽手過上自己的生活。幾十年來，兩人還沒一起休假出去玩過。歸零開始后，家庭聚會和朋友聚會都看不到王維彬的身影。

吳平說：“他們這些人，為‘長五耗盡了心血?！?/p>

“難道是我們的設計方案先天不足？”

長征五號火箭總指揮王玨曾經是航天科技集團六院北京11所的老所長。王維彬大學畢業后來到這家單位，與發動機產品日夜相伴，后來跟著王玨一起參與到長征五號火箭的研制中。

從1995年應用于大型運載火箭的液氧煤油發動機和液氫液氧發動機正式進入工程預研階段，到2016年長征五號首飛，中國的第一枚大火箭研制走過30年風雨，一代人從青春年少熬到白發叢生。

57歲的王維彬說，YF-77是我國首次研制的大推力液氫液氧發動機，瞄準的目標推力是當時在役氫氧發動機的9倍，技術跨度大。這么多年我們克服了很多困難，有技術上的、人才上的、經費上的、條件上的……事非親歷不知難，這是很多局外人不能理解的。

2018年11月地面試車失敗后，YF-77發動機研制團隊開始了第二次歸零，開展了一系列理論計算、試驗驗證等工作，同時發動機產品的生產、交付、試驗與優化工作并行，一切有條不紊。

大家認為，這次故障定位應該是找對了，就在氧渦輪泵的局部結構上。

北京11所渦輪泵設計部主任金志磊解釋，發動機啟動后，一秒內渦輪泵就可以達到工作轉速，高溫高轉速下，“從裂縫到斷開就是眨眼間的事”，很快，渦輪泵局部結構斷掉，發動機熄火。

有了這個認識，第二次歸零按計劃進行。一個周末，王維彬一反常態地對著吳平說：“咱倆去散個步吧，換換腦子?！蹦鞘锹L歸零開始以來，王維彬向妻子發出的第一個邀約。兩人繞著小區外的街道走了一圈。

第二次歸零于2019年4月告一段落。用設計師的話說，渦輪泵這次經歷了“大改”，實際就是對其局部結構進行了修改。大家都充滿信心，勢在必得，長征五號遙三火箭的發射也被安排在2019年夏天。

改進后的發動機進行了一輪試車，共3次，前兩次一切正常，又到了距離成功只有一步之遙的時刻。最后一次試車，氧渦輪泵還是出現裂紋，這讓王維彬、金志磊等人陷入崩潰。

2019年4月4日，清明節前一天，晚上10點半，王維彬接到一個電話，報告說氧渦輪泵有故障征兆。有年輕設計師捕捉到了這個“異?！?。這好比換了一個更高倍率的放大鏡，讓原來看不到的隱患顯形了。

研制團隊的第一反應是不敢相信，眼前的希望化為巨大的失望，信心所剩無幾?！半y道是我們的設計方案先天不足？”挫敗讓設計師們開始懷疑一切，開始否定自我。

拉長發動機ID上的數字

一個產品的研發方案，往往會有好幾個，在經過反復論證后，優中選優，然后開始生產。連續的失敗，讓大家開始反思——對“何為最優”的認識，會不會發生改變呢？生產條件、力學、熱學環境制約等，這些都一直在變，當時認為最好的方案，現在是不是會帶來一些新的問題呢？是繼續沿用之前的方案，還是換個方案？

問號在大家的腦子里堆積，壓迫著他們。金志磊也開始對最初的設計方案——一個他曾引以為傲的方案生疑，“也許我們并沒有考慮周全”。

通常情況下，火箭發動機需要一個碩大的渦輪泵來向燃燒室內壓入燃料，其重量通常要占到火箭發動機的一半以上。在滿足火箭總體方案的條件下，設計師給渦輪泵進行了最優設計——盡量把渦輪泵設計得又輕又小。

問題恰恰出在了這里?！盀榱俗非笮阅?，設計得太優，可靠性反而降低了?！苯鹬纠谡f。

同樣的YF-77發動機，同樣的渦輪泵，為什么長征五號火箭首飛前，發動機試車時長累計3萬秒，卻沒出現問題？黃克松等設計師的理解是：“這是一個很小概率的事件，但偏偏在遙二身上暴露?！痹谑Ю蟮那皟纱螝w零中，設計師延長了試車時間，加嚴了環境工況，問題再次暴露。

2019年4月第二次歸零鎩羽而歸時，長征五號箭在弦上，依舊不能發射。研制人員把發動機召回，仔細檢測。金志磊表示，認知邊界擴展后，設計師決定用分體結構替換原來的整體結構，提高可靠性。

一型火箭發動機，從它出生起，便不斷累積試車時間。這個型號一共生產了多少臺發動機，每臺發動機經過了多少時長的試車，全部累計形成一串數字，成為證明發動機性能的ID。就像軍人的肩章，一眼望過去，即知軍銜大小。

我國新一代運載火箭發動機中，液氧煤油發動機地面試車時間累積超過7萬秒。國際上，美國SSME發動機首飛前試車超過了10萬秒。截至目前，YF-77發動機30余臺，地面試車時間累計5萬秒。

在火箭發動機領域，試車時長并非唯一的硬性考核標準。北京11所設計師給出了一個可靠性模型。這個模型將試車時長、試車次數、技術狀態、試車故障等多種因素考慮進去，綜合計算出一個考核分值。YF-77發動機的考核分值達到97.5即可首飛。

與此同時，專家還認為，未來在推進YF-77發動機的“可靠性增長工程”時，地面長程試車絲毫不能打折扣。在根除氧渦輪泵“病根”后，研制團隊也希望把YF-77發動機ID上的數字拉得更長一些。

2019年7月，YF-77氫氧發動機進行第三次歸零后的試車，一共考核了7臺發動機。其中，3臺為地面研究性發動機，2臺用于長征五號遙三火箭發射，還有2臺用于2020年長征五號B遙一火箭發射。所有發動機均順利通過考核。2019年9月，長征五號遙二火箭通過歸零評審。隨后長征五號遙三火箭劈波斬浪1670海里，12月27日箭起海之南。

發動機噴管吐出的火焰跳躍上升，黑夜被燒開了一個洞，大火箭飛出地球，一群航天人也走出了人生中的至暗時刻。