長征七號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師談研制和發(fā)射工作

長七火箭飛天 快遞使命必達(dá)(科技名家筆談)

——長征七號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師談研制和發(fā)射工作

程堂明

如果說天舟貨運(yùn)飛船是太空快遞員，為中國空間站在軌建造和運(yùn)營提供裝備和物資，那么長征七號(hào)運(yùn)載火箭就是搭載“天舟快遞員”的“貨運(yùn)專列”，專門負(fù)責(zé)護(hù)送其飛抵空間站。作為長征七號(hào)總設(shè)計(jì)師，我這些年來從沒有一絲放松，沒有分毫懈怠，與團(tuán)隊(duì)其他成員一起攻堅(jiān)克難、精益求精，確保完成快遞直達(dá)空間站的光榮使命。

攻堅(jiān)克難 終獲成功

2021年初，我被任命為長征七號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師。彼時(shí)，中國空間站工程關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和建造階段任務(wù)即將實(shí)施，舉世矚目。當(dāng)年4月底，中國空間站天和核心艙發(fā)射成功，接下來出場的是天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船，其任務(wù)是攜帶供3名航天員所需的消耗品、艙外航天服、平臺(tái)物資，與天和核心艙進(jìn)行空間交會(huì)對(duì)接，為后續(xù)飛行任務(wù)和空間站在軌繼續(xù)建造奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

托舉天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入太空，完成飛天使命的火箭就是長征七號(hào)。這就意味著，在軌建造中國空間站的接力棒交到了我們手中。天舟二號(hào)是天和核心艙迎來的第一位“訪客”，該次發(fā)射任務(wù)的意義非常重大，必須千方百計(jì)確保成功。對(duì)此，我們團(tuán)隊(duì)信心十足。

然而，讓人意想不到麻煩還是出現(xiàn)了。就在發(fā)射時(shí)間窗口確定為“2021年5月20日凌晨”不久，在按程序開展煤油加注、液氧預(yù)冷、大流量加注等作業(yè)時(shí)，突然“跳出”一個(gè)異常數(shù)據(jù)，讓現(xiàn)場的氣氛頓時(shí)凝重起來。在這個(gè)“箭在弦上”的關(guān)鍵時(shí)刻，到底產(chǎn)生了怎樣的問題？導(dǎo)致問題的根源是什么？我們焦急萬分！

經(jīng)過現(xiàn)場討論和研判，我們認(rèn)為可能是尾艙內(nèi)出現(xiàn)了泄露。于是，我立即安排試驗(yàn)隊(duì)員進(jìn)入箭體尾艙進(jìn)行排查。然而，火箭已經(jīng)加注了500余噸推進(jìn)劑，尾艙內(nèi)溫度低、空間狹小，充滿著氮?dú)?，人員進(jìn)艙必須戴呼吸面罩，查找漏點(diǎn)不僅非常困難，而且風(fēng)險(xiǎn)很大。

箭體外壁上的冷凝水嘩嘩在流，時(shí)間一分一秒在流逝，我們眼看著錯(cuò)過了時(shí)間窗口，只能中止發(fā)射，瞄準(zhǔn)第二天的時(shí)間窗口。

在軌建造中國空間站是舉世矚目的重大工程，相關(guān)任務(wù)環(huán)環(huán)相扣，如果長征七號(hào)故障不能得到及時(shí)排除，天舟二號(hào)飛船就無法按計(jì)劃發(fā)射，后面的任務(wù)全都會(huì)受影響。在這樣的環(huán)境和背景下，我們當(dāng)時(shí)承受的壓力之多、之大是可想而知的。

我們以堅(jiān)強(qiáng)的意志頂住壓力，在發(fā)射現(xiàn)場全力以赴、不眠不休、連續(xù)奮戰(zhàn)，繼續(xù)開展故障排查和定位。北京大后方也是燈火通明，專家們通宵達(dá)旦，一起幫我們把脈診斷。經(jīng)過各方不懈努力，我們終于在進(jìn)入第二個(gè)發(fā)射時(shí)間窗口之前約兩小時(shí)查出了導(dǎo)致故障的“真兇”。鑒于處于加注狀態(tài)的火箭已經(jīng)停放了30多個(gè)小時(shí)，而更換故障部件必須泄出全部推進(jìn)劑，指揮部決定，中止發(fā)射并泄出全部推進(jìn)劑。

在接下來的一個(gè)多星期，我們徹底排除了故障，對(duì)全箭各系統(tǒng)狀態(tài)再次進(jìn)行了確認(rèn)，通過補(bǔ)充測試得出結(jié)論：火箭狀態(tài)良好。5月29日，長征七號(hào)燃料加注完成。20時(shí)55分，隨著發(fā)射指令發(fā)出，長征七號(hào)沖天而起，直上九霄。而后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均顯示正常，約600秒后，飛船與火箭成功分離，精確進(jìn)入預(yù)定軌道。21時(shí)17分，太陽能帆板兩翼順利展開工作，發(fā)射取得圓滿成功。大家緊張地盯著各項(xiàng)數(shù)據(jù)，直到船箭分離那一刻，心頭壓著的一塊大石頭才放下來，長舒了一口氣。

我第一次當(dāng)火箭總設(shè)計(jì)師，竟然遭遇兩次中止發(fā)射意外，經(jīng)歷了中國航天史上低溫推進(jìn)劑加注停放最長時(shí)間、最大規(guī)模推進(jìn)劑泄出再加注的事件，留下刻骨銘心的記憶。今天，當(dāng)時(shí)的一幕幕依然清晰地呈現(xiàn)在眼前，時(shí)刻警示我，必須有敬畏之心，切實(shí)培養(yǎng)“嚴(yán)慎細(xì)實(shí)”的工作作風(fēng)，踏踏實(shí)實(shí)做好每一個(gè)環(huán)節(jié)，必須精益求精，追求完美和極致；時(shí)刻警示我，做事必須有預(yù)案，尤其是對(duì)火箭這類龐雜的系統(tǒng)，只有“立足最好做方案，著眼最壞做預(yù)案“，把所有可能的狀況都考慮進(jìn)去，才能最大程度提高成功的概率。

奮斗八載 鑄就神箭

在加入長征七號(hào)團(tuán)隊(duì)之前，我先后參與過長征二號(hào)F火箭和長征五號(hào)火箭的研制工作。通過這兩段經(jīng)歷，我和長征七號(hào)結(jié)下特殊的緣分。

2008年11月，長征七號(hào)團(tuán)隊(duì)正式組建，開始了該型號(hào)的深化論證和研制工作，但是在最初的兩年里，該型號(hào)火箭的名字并不是“長征七號(hào)”，而是“長征二號(hào)F/H”，簡稱“長二F/H”。研制該型號(hào)火箭的初衷并不是為了開發(fā)一款全新的火箭，而是對(duì)長征二號(hào)F火箭進(jìn)行改造，通過更換新型液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，滿足無毒、無污染的環(huán)保要求。但在論證中，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，更換發(fā)動(dòng)機(jī)將引發(fā)連鎖反應(yīng)，會(huì)徹底改變火箭其他系統(tǒng)的狀態(tài)。

長征五號(hào)是我國新一代運(yùn)載火箭，其在論證之初存在大、中、小三型方案，其中中型方案與“長二F/H”存在技術(shù)和用途的重疊。有關(guān)方面經(jīng)過周密論證，決定化繁就簡，綜合長征二號(hào)F火箭的成熟技術(shù)和長征五號(hào)的新技術(shù)，研制一款中型火箭。2010年6月，“長二F/H”正式更名為“長征七號(hào)”。長征二號(hào)F火箭主要用于發(fā)射神舟載人飛船，繼承了其血統(tǒng)的長征七號(hào)一直向載人火箭的標(biāo)準(zhǔn)看齊，從設(shè)計(jì)、試驗(yàn)到生產(chǎn)的全過程一直延續(xù)高可靠、高安全、高要求的標(biāo)準(zhǔn)。

長征火箭“家族”增添了新成員。根據(jù)工作需要，我就從長征五號(hào)研制團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)入到長征七號(hào)研制團(tuán)隊(duì)。雖然該型號(hào)火箭是在之前的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)，但是我們?nèi)匀恍枰鎸?duì)重重困難，走過長達(dá)8年艱辛歷程。

在論證之初，我們就為長征七號(hào)定下了“高可靠、高安全”的研制目標(biāo)，以可靠性系統(tǒng)工程理念謀劃全生命周期的研制工作。在設(shè)計(jì)上，我們提出了可靠性9要素設(shè)計(jì)，其中包括冗余設(shè)計(jì)、裕度設(shè)計(jì)、力學(xué)熱學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)、氣液密封設(shè)計(jì)、防雨防鹽霧設(shè)計(jì)等，制定了詳細(xì)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和禁忌，力求從根本上提高火箭的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。在試驗(yàn)方面，我們開展了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，在產(chǎn)品樣機(jī)階段快速激發(fā)薄弱環(huán)節(jié)便于改進(jìn)，開展了拉偏試驗(yàn)、破壞試驗(yàn)等，摸清關(guān)鍵產(chǎn)品的極限能力，鼓勵(lì)單機(jī)、系統(tǒng)盡可能多參加系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)，提前檢驗(yàn)系統(tǒng)接口協(xié)調(diào)性。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，我們強(qiáng)調(diào)工藝量化控制，關(guān)鍵環(huán)節(jié)要多方確認(rèn)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性。

回顧研制歷程，我深感那是一段激情燃燒的戰(zhàn)斗歲月。尤其是初樣后期兩年多時(shí)間，我們團(tuán)隊(duì)輾轉(zhuǎn)奔波于北京南苑、北京云崗、天津、海南4地，同步推進(jìn)設(shè)計(jì)完善、產(chǎn)品生產(chǎn)、總裝測試、大型試驗(yàn)、發(fā)射場設(shè)備裝調(diào)等各項(xiàng)工作，每個(gè)人都上緊了發(fā)條，為型號(hào)研制忙忙碌碌，為破解難題殫精竭慮，為每一次試驗(yàn)成功歡欣鼓舞。

2016年6月，長征七號(hào)迎來執(zhí)行任務(wù)“首秀”，這也是文昌航天發(fā)射場建成后第一次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。當(dāng)時(shí)，我作為長征七號(hào)副總設(shè)計(jì)師，見證并全程參與其中。此次發(fā)射可謂行云流水、一氣呵成，證明了我們的研制試驗(yàn)等工作是充分的、到位的，也證明了該型火箭可靠的性能。

“把成功作為信仰?！边@是運(yùn)載火箭系統(tǒng)常說的一句話，表達(dá)了我們共同的心聲。然而，取得成功從來不易，尤其是隨著空間站建造任務(wù)推進(jìn)，火箭發(fā)射頻次日益提高的背景下。我們必須摒棄傳統(tǒng)上靠長時(shí)間、高成本保障成功的老路，開辟高質(zhì)量、高效率、高效益為特征的可持續(xù)發(fā)展新徑。為此，我們持續(xù)采取流程優(yōu)化的手段并取得豐碩成果。比如，按照傳統(tǒng)操作，長征七號(hào)遙五火箭必須在發(fā)射前12小時(shí)進(jìn)入流程，我們采用煤油和液氧并行加注，把時(shí)間大幅壓縮，使其在射前8小時(shí)進(jìn)入流程即可。

展望未來，我對(duì)長征七號(hào)在確保質(zhì)量前提下進(jìn)一步提高效率的前景很樂觀，比如就測發(fā)效率而言，目前的水平是火箭進(jìn)場后27天可完成發(fā)射，后續(xù)有望進(jìn)一步壓縮到20天至23天。

航天情懷 星辰大海

1992年，中國載人航天工程正式立項(xiàng)實(shí)施。1993年，我從北京航空航天大學(xué)畢業(yè)，進(jìn)入中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)部工作?？芍^正逢其時(shí)，我不僅非常幸運(yùn)地趕上了中國載人航天工程起步并迎來大發(fā)展的黃金時(shí)機(jī)，而且參與了“長征二號(hào)F”“長征五號(hào)”“長征七號(hào)”等火箭型號(hào)研制工作，它們均是承擔(dān)中國空間站建造任務(wù)的主力。在此過程中，我從一個(gè)跟著前輩學(xué)習(xí)鍛煉的年輕人，逐步成長為帶領(lǐng)新一代航天后輩攻堅(jiān)克難、沖鋒陷陣的領(lǐng)銜者。

說來有些遺憾的是，我從事航天事業(yè)30年了，參與了很多航天任務(wù)，但很少有機(jī)會(huì)親眼目睹火箭發(fā)射，因?yàn)榘l(fā)射時(shí)，我需要在指揮大廳工作。我們通過大屏幕，緊盯著視頻畫面和火箭飛行數(shù)據(jù)，直到屏幕切換到成功的“標(biāo)配”——讓人喜氣洋洋的大紅屏。直到這時(shí)，我才能松一口氣，而后與大家一起盡情享受成功的喜悅。

有一次發(fā)射讓我印象極為深刻。那是2021年9月20日，中秋節(jié)的前一天，長征七號(hào)圓滿完成天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)。指揮大廳的屏幕照例是喜慶的大紅，而后突然切換到一個(gè)畫面——藍(lán)紫色的星空背景上，有幾句用行楷字體寫就的詞慢慢鋪陳開來：一輪秋影轉(zhuǎn)金波，天舟又將泊，乘風(fēng)好去，長空萬里，飛去會(huì)天和。品味激動(dòng)人心的勝利喜悅，欣賞清新典雅的唯美詞作，那一刻真是美妙無比！

長征七號(hào)是我們的孩子，我們給他長情的陪伴，對(duì)他的成長傾注無盡的心血。他每次出征太空前，我都前往深情相送：距離點(diǎn)火發(fā)射約4小時(shí)，我會(huì)來到發(fā)射塔架，從上到下走一遍，仔細(xì)端詳火箭一番，心中默默叮囑：“孩子！好好的，飛穩(wěn)點(diǎn)?！笔堑模∷梦业囊馑?，從沒有辜負(fù)過我的期望。

天宮空間站已經(jīng)建成，屬于中國人自己的“太空之家”在九天之上與星辰為伴，探索宇宙的奧秘。我們長征七號(hào)團(tuán)隊(duì)使命在肩，今后該型號(hào)火箭每年將護(hù)送1艘到2艘貨運(yùn)飛船飛天，為“天宮”長期運(yùn)營提供強(qiáng)有力支撐。

星空浩瀚無垠，太空探索永無止境。這里，我想告訴從事航天事業(yè)的青年朋友，航天的舞臺(tái)很大，可以充分展示你的才華；航天的未來很遠(yuǎn)，可以助力實(shí)現(xiàn)你的夢(mèng)想。讓我們把個(gè)人的夢(mèng)想融入時(shí)代發(fā)展的大潮，在建設(shè)航天強(qiáng)國的征程中，建立功勛，成就非凡的人生。

(本文作者為長征七號(hào)火箭總設(shè)計(jì)師，由林佳昕、楊成根據(jù)作者口述整理)中國科協(xié)科學(xué)技術(shù)傳播中心與本報(bào)合作推出

(人民日?qǐng)?bào)海外版)