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航天|送“天问一号”奔火，“长五人”还在奔跑( 二 )


直到后来才查明 ， 这次故障隐藏得特别深 。 发生故障的遥二火箭芯一级液氢液氧发动机的某个部件 ， 与首次成功发射的遥一火箭使用的部件完全相同 。 同样的部件 ， 遥一成功了 ， 在遥二发射前地面所进行的几万秒试车时也经受住了考验 ， 其“完美”的状态导致现有的预警机制都未能激活 ， 从而躲过了所有可能的改进尝试 。
航天|送“天问一号”奔火，“长五人”还在奔跑
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▲两位“01指挥员”王光义和黄兵（右）在发射成功后合影 。史啸摄
也许 ， 这里只是一个概率问题 。 毫无疑问 ， 它再真切不过地诠释了航天事业的“成功是差一点点失败 ， 失败是差一点点成功”！
而航天一院人的信念是：运载火箭必须不带任何隐患上天 ， 我们交出的必须是精品火箭！
“长五人”带着重重疑问回京 ， 步履沉重地走下航班的舷梯 。 出人意料的是 ， 航天一院领导们依然到首都机场来迎接他们 。 与遥一首发成功回京一样 ， 院领导们依然带来了对长五团队的信任：别灰心 ， 相信你们一定能找出失利的原因！
“当时我们的压力确实太大了！”黄兵告诉采访人员 ， “长五是我国航天研制的首个大型运载火箭 ， 它不仅承担着火星探测发射任务 ， 而且还肩负着中国探月工程三步走‘绕落回’迈出最关键的一步 ， 也就是‘嫦娥五号’的月壤和月岩的采样并返回地面的使命；同时 ， 我国首个空间站的建设任务 ， 依然要用长五发射来完成 。 长五遥二原因不明的失利 ， 将直接影响中国航天一系列重大工程的进展 。 ”
长五运载火箭总指挥王珏告诉采访人员：“长五的近地轨道能力是25吨级 ， 就是22吨到25吨；地球同步转移轨道能力达到14吨级 ， 也就是12吨到14吨 。 而执行探火任务 ， 火箭速度必须略大于第二宇宙速度 ， 也就是速度值要达到每秒11.5—11.7公里 ， 才能将5吨重的‘天问一号’探测器送到奔火轨道 ， 而长五火箭是国内能满足这一要求的唯一选择 。 5吨级的运载指标 ， 也是目前世界现役火箭能达到的满足奔火要求的最大能力 。 ”
航天业内有个不成文的规矩 ， 一个新火箭的新技术运用通常不超过30% ， 一旦超过30% ， 面临风险太大 。 长五从动力系统、箭体结构到控制系统、测量系统以及地面发射支持系统等都大量采用全新技术 ， 其使用的新技术多达95% 。
所以 ， 从传统的以长三甲系列和CZ-2F火箭为代表的中型运载火箭到长五大型运载火箭 ， 是跨代式发展 。 长五从总体设计到分系统设计 ， 再到单机研制 ， 通过大量的各级试验验证 ， 逐渐可靠成熟 ， 最后实现了整个火箭的集成研制 ， 历经坎坷 。
总指挥王珏说：“长五采用4个助推器 ， 每个助推器有2台120吨推力的发动机 ， 芯一级有2台77型发动机 ， 芯二级有2台75D型发动机 。 这总共12台低温发动机、3个低温模块 ， 它的飞行时序动作是我国现有的运载火箭中最复杂的 ， 整个飞行动作要达到2200多个 ， 进入到发射程序里面的关键设备达到数百台 ， 箭上设备的数量 ， 也是我国目前运载火箭最多的 ， 达到数千台 ， 零件、元器件达到数十万件 。 ”
长五为什么一定要采用低温发动机？有“金牌火箭”之称的长三甲系列主要采用的是常温发动机 ， 技术不是已经十分成熟了吗？
黄兵说：“推进剂通过发动机燃烧释放出来的能量比 ， 称之为发动机的‘比冲’ 。 使用液氢液氧低温发动机的比冲可以达到450s ， 而使用偏二甲肼、四氧化二氮等常规燃料的发动机比冲仅为270s ， 前者的比冲要高出后者近70% 。 而且液氢液氧无毒环保 ， 不会对大气造成污染 ， 对环境和人友好 。 这就是现在世界主流的大型、重型火箭都使用低温发动机的原因 。 ”
“遥二失利后回到北京后的3个月 ， 我们团队几乎是没日没夜地查找故障原因 。 ”黄兵说 ， “那时 ， 我几乎天天看遥二最后的影像资料 ， 每次都看得触目惊心 ， 内心痛苦万分 ， 但看着看着 ， 觉得每次都不一样 。 ”
分析、仿真、复现、验证……那3个月 ， 长五团队几乎没人回家 ， 每天晚上大家都工作到一两点钟 ， 然后就在单位安排的宿舍休息 ， 一早醒来又接着再干 。
直到2018年三四月间 ， 终于实现了长五发动机故障“归零” 。 但“归零”之后 ， 还必须验证 ， 于是用了好几台发动机进行点火试验 。 点火试验进行了4000-5000秒 ， 都很顺利 。
“2019年4月上旬 ， 谁也没想到就在计划的发动机验证试验快结束时 ， 我们突然发现某个振动数据有点复杂 ， 不太‘干净’ 。 当时就决定把它拆开 ， 果然发现某个部件有极微小的肉眼都无法发现的裂纹 。 但谁也不知道一旦火箭高速飞行时 ， 这个裂纹的扩展速度有多快 。 ”黄兵说 ， “这个微小的裂纹对我们的打击太大了 ， 我们不能带着一丝隐患上天 。 原定5月份队伍就要再赴海南 ， 准备长五遥三的发射 ， 这下发射又要推迟了 。 ”
危难时刻 ， 航天一院党委书记李明华临危受命 ， 担任长五火箭的“第一总指挥” 。 这一岗位只有在航天任务面临巨大挑战时 ， 才会增设 。
经过大量的仿真分析和故障排查 ， 2019年5月3日 ， 研制人员终于找到了发动机问题的症结——一种复杂的类共振现象 。 要解决这个难题 ， 就必须从结构上大改 。


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