胖五失敗(“胖五”失敗發(fā)射內(nèi)幕公之于眾)

在中國航天60多年的發(fā)展歷史中，從未有過這樣一枚火箭引起人們的關(guān)注和擔(dān)憂。

有人說，它的成功至少關(guān)系到未來20年中國航天事業(yè)的發(fā)展。

是目前我國運(yùn)載能力最大的長征五號運(yùn)載火箭。

從2017年7月2日長五遙二失聯(lián)，到2019年12月27日長五遙二發(fā)射成功，用了908個(gè)日日夜夜。鋼鐵工程師的長武開發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了什么？

2018年4月16日，國防科工局發(fā)布消息稱，長征五號遙二火箭飛行故障原因基本查明。故障來自火箭的液氫液氧(YF-77)發(fā)動機(jī)，長征五號工程研制團(tuán)隊(duì)正在全力落實(shí)故障改進(jìn)措施。

發(fā)動機(jī)是火箭的心臟，渦輪泵是發(fā)動機(jī)的心臟。它通過高速旋轉(zhuǎn)給來自貯箱的液氫和液氧加壓，然后供給推力室，使它們混合燃燒，產(chǎn)生巨大推力托起火箭飛行。渦輪泵是長五遙二火箭歸零的“關(guān)鍵”。

渦輪，長征五號運(yùn)載火箭核心級YF-77液氫液氧發(fā)動機(jī)上唯一的高速旋轉(zhuǎn)裝置。很快，它將在最高溫度900開爾文(626.85攝氏度)、力學(xué)環(huán)境極其復(fù)雜的熱環(huán)境中，以每分鐘近2萬轉(zhuǎn)(約每秒333轉(zhuǎn))的速度旋轉(zhuǎn)。

在此之前，3臺YF-77發(fā)動機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了15次試驗(yàn)，全部順利通過考核。這一次，它將在地面最惡劣的工作條件下接受一次“附加測試”，迎來500秒的長距離試跑。發(fā)動機(jī)的研制者，北京十一院的研制者，也在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。沒日沒夜的加班甚至讓人精神面貌出現(xiàn)“異?！?，已經(jīng)持續(xù)一年多了。所有人都希望這500秒是黎明前最后的黑暗。

試車開始沒多久，氧氣渦輪泵局部結(jié)構(gòu)斷裂，“心臟”停止跳動。這是我國現(xiàn)役最大運(yùn)載火箭長征五號發(fā)射失敗后的首次發(fā)動機(jī)地面試驗(yàn)失敗。此時(shí)已是2018年11月底，北京的冬天已經(jīng)到來。

長征五號火箭副總設(shè)計(jì)師王衛(wèi)斌曾將YF-77發(fā)動機(jī)歸零視為“在黑暗中探索”。誰也沒有料到夜晚會如此漫長。

YF-77氫氧發(fā)動機(jī)正在測試。

一個(gè)

“我的心像被擊中了一樣”

2017年7月2日，黑夜以迅雷不及掩耳之勢降臨。

那天晚上，長征五號火箭副總師王衛(wèi)斌感覺像坐了一次過山車，車終于跌到了谷底。巨大的長征五號靜靜地立在城樓上，媒體架起攝像機(jī)，普通人在電視機(jī)前等待。發(fā)動機(jī)點(diǎn)火正常。點(diǎn)火170秒后，4個(gè)裝有液氧煤油發(fā)動機(jī)的助推器完成任務(wù)，成功分離；46秒時(shí)，發(fā)動機(jī)提前失速，問題出在核心第一級的一臺YF-77發(fā)動機(jī)上。王衛(wèi)斌感到渾身麻木?！拔业男南癖粨糁辛艘粯印?。

北京主推進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)部主任鄭大勇接到研究所的電話，聽到的第一句話是“發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速沒了”。

鄭大勇趕到單位。一群人聚集在北京東部高地的測控大廳里。全部被電話“召回”，聚集在一個(gè)地方，盯著屏幕看初級引擎返回的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場一片寂靜。

多年的經(jīng)驗(yàn)和初步分析的結(jié)果基本一致:火箭核心一級發(fā)動機(jī)的問題比較大。但屏幕上的數(shù)據(jù)只能描繪出問題的大致輪廓，不足以準(zhǔn)確找到病根。

發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障后，長征五號火箭偏離軌道，墜入太平洋。沒有殘骸就看不到癥狀，也不能吃藥。與此同時(shí)，輿論通過網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)酵。甚至有網(wǎng)友評論:中國航天進(jìn)入黑暗時(shí)刻。

在北京家中觀看發(fā)射現(xiàn)場直播的武平和在海南文昌發(fā)射場的王衛(wèi)斌仍然恍惚地回憶著那個(gè)夜晚。衛(wèi)斌與吳結(jié)婚32年，她也在京十一院一起工作了30多年。她很了解王衛(wèi)斌，在發(fā)射失敗后沒有立即聯(lián)系他。“我唯一能做的就是等待。”武平說。

失去聯(lián)系幾天后，她等待著來自王衛(wèi)斌的第一條消息——“馬上登機(jī)”。幾個(gè)小時(shí)后，王衛(wèi)斌抵達(dá)北京，再次“失去聯(lián)系”。他直到半夜才開門。

2

“重復(fù)失敗太難了”

從那天開始，吳平已經(jīng)“等”了將近兩年。當(dāng)王衛(wèi)斌早上出門時(shí)，他經(jīng)常在午夜后才回家。如果晚上12點(diǎn)人還沒回來，吳萍就先睡覺了。雖然他們在同一個(gè)研究所工作，但他們只是路人。

和王衛(wèi)斌一起的，還有一大批YF-77液氫液氧發(fā)動機(jī)研制人員，以及航天科技集團(tuán)一院、火箭發(fā)動機(jī)總體研究單位、航天科技集團(tuán)六院的研制人員和國內(nèi)知名院士、專家...

長征五號遙二飛行失敗，全身發(fā)射。整個(gè)航天科技集團(tuán)乃至國家有關(guān)方面開始痛定思痛，在全面反思中前行，在質(zhì)量整改中蓄勢待發(fā)，為下一次騰飛做準(zhǔn)備。

在六院，這是一場全員的戰(zhàn)斗?！耙欢ㄒ先旱牧α浚酃沧R，攻堅(jiān)克難，排除故障，用鮮血復(fù)活氫氧發(fā)動機(jī)！”劉志讓院長向全院模范戰(zhàn)線下達(dá)了院長責(zé)任令。

對于當(dāng)事人來說，這種極其艱難的歸零，始于“先天不足”。火箭殘骸沉入深海，研制人員掌握的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

“我嘗試了許多方法來盡可能收集數(shù)據(jù)，但我一直無法準(zhǔn)確定位故障。重蹈覆轍太難了?！蹦贻p的渦輪泵設(shè)計(jì)師黃回憶說。從各級領(lǐng)導(dǎo)到各路專家，陸續(xù)來到北京11家，大家只是大致鎖定了氧氣渦輪泵的故障。

液-液氧發(fā)動機(jī)的渦輪泵，一端是極低溫泵，另一端是高溫渦輪，使得發(fā)動機(jī)工作時(shí)渦輪泵的受力特別復(fù)雜。在高速旋轉(zhuǎn)中，它負(fù)責(zé)傳遞動力，將熱能和動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。一開始，科研人員從工藝層面“加固”渦輪泵，黃解釋說:“主要是一些局部的改進(jìn)。”

歸零進(jìn)度緩慢，不時(shí)有很多人的關(guān)注和詢問，開發(fā)者往往只能沉默應(yīng)對。家里的老人已經(jīng)一個(gè)多月沒有見到王衛(wèi)斌了。最后，王衛(wèi)斌帶著空回來吃飯，老人很驚訝，“你現(xiàn)在怎么跟我一樣窮？”

三

“這些人已經(jīng)為長武耗盡了心力”

胡朋的妻子尚蕾也在歸零工作最緊張的時(shí)候陷入了崩潰。胡朋去海南文昌，老父母不在家，單位進(jìn)行保密檢查，裝修師傅讓尚磊上門看漆。孩子晚上等不到媽媽，連續(xù)打了20多次電話。不知所措的尚磊回到家對兒子發(fā)火了。

胡朋在模型辦公室工作。工作上不能見面，家里不能說幾句話。經(jīng)常是胡朋接到一個(gè)電話，然后一口氣撥幾個(gè)電話。“接電話是任務(wù)，撥電話馬上執(zhí)行?！鄙欣谡f，有時(shí)候她想和丈夫聊聊天，但他已經(jīng)穿好衣服準(zhǔn)備出門了。

王衛(wèi)斌的血壓開始上升，由于嚴(yán)重的痛風(fēng)，他的雙腿失去了活力。有一段時(shí)間，他只能一瘸一拐地走向會議室。有時(shí)候，趕上出差，他坐早上六點(diǎn)的飛機(jī)離開北京，然后坐半夜的紅眼航班回來，吃了點(diǎn)安眠藥，第二天就出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)試車現(xiàn)場。

吳平再也堅(jiān)持不住了。

——“我不問工作，只希望你能多睡會兒?！?/p>

——“我也想有個(gè)伴?！?/p>

——“你怎么生病跑了？你連自己都管不好！”

吳平的語氣漸漸加重，這個(gè)在同事面前溫文爾雅的安徽漢子開始生氣了。

——“你不懂，你還是不懂我?！?/p>

——“你就不能對我耐心點(diǎn)嗎？”

平時(shí)說話客氣的夫妻倆，吵起架來，攪亂了平靜的生活。

偶爾，當(dāng)呆在家里時(shí)，王衛(wèi)斌也沉默不語，思考?xì)w零。長耀二號飛行失敗，是YF-77發(fā)動機(jī)研制人員心中的一道傷口。大家都變得比過去敏感了，尤其是不希望傷口被觸碰，家人也不例外。

連六院的人都清楚，這也是關(guān)系到中國航天未來的最后一搏。要讓各方放心，就要把所有隱患都“干掉”。

“其實(shí)我只是希望他能安心睡覺?！睔w零期間，吳平盡量不去打擾王衛(wèi)斌，只想讓他找時(shí)間多睡一會兒。她最大的愿望就是，退休后，他們可以手牽手，過自己的生活。幾十年來，兩人都沒有一起出去度假過。歸零后，王衛(wèi)斌也不參加家庭聚會和朋友聚會。

武平說:“這些人為了五年級已經(jīng)用盡了力氣。”

四

“是不是我們的設(shè)計(jì)方案先天不足？”

長征五號火箭總指揮王玨，曾任航天科技集團(tuán)六院北京十一所老所長。大學(xué)畢業(yè)后，王衛(wèi)斌來到這個(gè)單位，日夜陪伴著發(fā)動機(jī)產(chǎn)品。后來和王玨一起參與了長征五號火箭的研制。

從1995年大型運(yùn)載火箭使用的液氧煤油發(fā)動機(jī)和液氫液氧發(fā)動機(jī)正式進(jìn)入項(xiàng)目預(yù)研階段，到2016年長征五號首飛，中國第一枚大火箭已經(jīng)走過了30年的風(fēng)雨歷程，一代人從青年成長到白發(fā)蒼蒼。

57歲的王衛(wèi)斌說，YF-77是中國研制的第一臺大推力液氫液氧發(fā)動機(jī)，目標(biāo)推力是當(dāng)時(shí)現(xiàn)有氫氧發(fā)動機(jī)的9倍，技術(shù)跨度大。多年來，我們克服了許多困難，如技術(shù)、人才、資金、條件等..沒有經(jīng)歷一切都是困難的，這是很多外人無法理解的。

2018年11月地面試驗(yàn)失敗后，YF-77發(fā)動機(jī)研制團(tuán)隊(duì)開始了第二次歸零，開展了一系列理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等工作。與此同時(shí)，發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)、交付、測試、優(yōu)化齊頭并進(jìn)，一切井然有序。

大家覺得故障位置應(yīng)該沒錯，就在氧氣渦輪泵的局部結(jié)構(gòu)上。

北京十一所渦輪泵設(shè)計(jì)部主任金解釋說，發(fā)動機(jī)啟動后，渦輪泵可在一秒鐘內(nèi)達(dá)到工作速度。高溫高速下，“從開裂到斷開是一眨眼的事”。很快，渦輪泵的局部結(jié)構(gòu)被破壞，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。

在這種理解下，第二次調(diào)零按計(jì)劃進(jìn)行。一個(gè)周末，王衛(wèi)斌一反常態(tài)地對吳平說:“我們?nèi)ド⑸⒉剑瑩Q換腦子?！边@是王衛(wèi)斌漫長的歸零之路開始以來第一次邀請妻子。兩個(gè)人在小區(qū)外的街上走來走去。

第二次歸零于2019年4月結(jié)束。用設(shè)計(jì)者的話說，渦輪泵這次經(jīng)歷了“大改變”，其實(shí)是對其局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改。每個(gè)人都充滿信心，一定會贏。長征五號長征三號火箭的發(fā)射也定于2019年夏天。

改進(jìn)的發(fā)動機(jī)已經(jīng)試驗(yàn)了三次。前兩次一切正常，離成功只有一步之遙。在最后一次試車中，氧氣渦輪泵仍然出現(xiàn)了裂紋，這導(dǎo)致、金等人崩潰。

4月4日，清明節(jié)的前一天，晚上10點(diǎn)半，王衛(wèi)斌接到一個(gè)電話，報(bào)告氧氣渦輪泵出現(xiàn)故障跡象。一些年輕的設(shè)計(jì)師抓住了這一“異?！薄＞拖駬Q了一個(gè)放大倍數(shù)更高的放大鏡，讓以前看不到的隱患顯露出來。

課題組的第一反應(yīng)是不敢相信，眼前的希望變成了極大的失望，信心所剩無幾。“是不是我們的設(shè)計(jì)方案先天不足？”讓失意的設(shè)計(jì)師開始懷疑一切，否定自己。

五

加長發(fā)動機(jī)ID上的數(shù)字

一個(gè)產(chǎn)品通常有幾個(gè)R&D方案。經(jīng)過反復(fù)論證，選出最好的，然后開始生產(chǎn)。連續(xù)的失敗讓大家開始反思——對“什么是最好的”的理解會改變嗎？生產(chǎn)條件、機(jī)械和熱環(huán)境約束等。，都在不斷變化。當(dāng)時(shí)考慮的最佳方案，現(xiàn)在會不會帶來一些新的問題？是繼續(xù)用之前的方案還是改？

問號堆積在每個(gè)人的大腦里，壓迫著他們。金也開始懷疑當(dāng)初他引以為傲的設(shè)計(jì)方案?！耙苍S我們沒有想清楚”。

通常情況下，火箭發(fā)動機(jī)需要一個(gè)巨大的渦輪泵將燃料壓入燃燒室，其重量通常占火箭發(fā)動機(jī)的一半以上。在滿足火箭總體方案的條件下，設(shè)計(jì)師對渦輪泵進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)——盡可能做到輕、小。

這正是問題所在?！白非笮阅?，設(shè)計(jì)過于優(yōu)秀，可靠性卻降低了?！苯鹄字φf道。

同樣的YF-77發(fā)動機(jī)，同樣的渦輪泵，為什么長征五號火箭首飛前發(fā)動機(jī)試車三萬秒，卻沒有問題？黃和其他設(shè)計(jì)師的理解是:“這是一個(gè)概率極小的事件，但它偏偏就曝光在了姚二身上。”失敗后的前兩個(gè)零，設(shè)計(jì)師延長了試運(yùn)行時(shí)間，收緊了環(huán)境條件，問題再次暴露。

今年4月第二次歸零時(shí)，長征五號箭已箭在弦上，依然無法發(fā)射。開發(fā)人員召回發(fā)動機(jī)并仔細(xì)測試。金說，認(rèn)知邊界擴(kuò)大后，設(shè)計(jì)者決定用分體結(jié)構(gòu)取代原來的整體結(jié)構(gòu)，以提高可靠性。

自誕生以來，I-火箭發(fā)動機(jī)積累了大量的試驗(yàn)時(shí)間。這個(gè)車型生產(chǎn)了多少臺發(fā)動機(jī)，每臺發(fā)動機(jī)測試了多長時(shí)間，這些都累積起來形成一串?dāng)?shù)字，成為證明發(fā)動機(jī)性能的ID。就像軍人的肩章一樣，一眼就能看出軍銜。

YF-77氫氧發(fā)動機(jī)正在測試。

在我國新一代運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)中，液氧煤油發(fā)動機(jī)地面試驗(yàn)時(shí)間累計(jì)超過7萬秒。在國際上，美國的SSME發(fā)動機(jī)在首飛前已經(jīng)進(jìn)行了超過10萬秒的測試。到目前為止，YF-77發(fā)動機(jī)已經(jīng)超過30臺，地面試驗(yàn)總時(shí)間為50000秒。

在火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，試車時(shí)間并不是唯一的硬性測試標(biāo)準(zhǔn)。北京的11位設(shè)計(jì)師給出了一個(gè)可靠性模型。該模型考慮了試運(yùn)行時(shí)間、試運(yùn)行次數(shù)、技術(shù)狀態(tài)、試運(yùn)行失敗等諸多因素。，并綜合計(jì)算評估分?jǐn)?shù)。YF-77發(fā)動機(jī)在考核得分達(dá)到97.5分時(shí)可以首飛。

同時(shí)，專家也認(rèn)為，未來YF-77發(fā)動機(jī)“可靠性增長工程”推廣時(shí)，地面長途試驗(yàn)一點(diǎn)也不能打折扣。在徹底根除氧氣渦輪泵的“根本原因”后，研究小組還希望加長YF-77發(fā)動機(jī)ID上的編號。

今年7月，YF-77氫氧發(fā)動機(jī)調(diào)零后進(jìn)行第三次測試，共測試7臺發(fā)動機(jī)。其中3臺是地基研究發(fā)動機(jī)，2臺用于長征五號長征三號火箭發(fā)射，2臺用于明年長征五號乙長征一號火箭發(fā)射。所有發(fā)動機(jī)都順利通過了檢查。9月，長征五號二火箭通過零評估。緊接著，長征五號遙三火箭劈波斬浪1670海里，12月27日，箭在海南。

噴口噴出的火焰跳了起來，黑夜里沸騰了一個(gè)洞，一枚大火箭飛出了地球，一批航天員走出了人生最黑暗的時(shí)刻。