嫦娥登月架天梯
  
  ——7500N變推力發動機主任設計師蘭曉輝的故事
  中新網1月6日電 2013年12月14日晚9時11分, 當美麗的嫦娥三號月球探測器懷抱玉兔號月球車,在天宇划出一道美妙的弧線,穩穩地落在月面那一刻,坐在北京航天飛行控制中心大廳的7500N變推力發動機主任設計師蘭曉輝,喉嚨輕輕蠕動了幾下,繼而深深地舒了一口氣。
  從蘭曉輝提前三個多月進駐西昌做發射前檢查準備到這關鍵一刻,他的心裡就裝滿了關於變推力發動機的一切:各項參數、性能、狀態……隨時想起來在內心捋一捋,盤算一遍,放心了,轉而可以做手上的工作了。這段時間,對蘭曉輝而言,除了這台發動機,心裡真的沒有別的餘地了。
  2006年,航天科技集團公司六院開始組織變推力發動機前期論證,國內外經驗與資料同時匱乏,蘭曉輝所在的六院11所變推力發動機研製團隊經數年艱苦鏖戰,終於攻剋了一系列關鍵技術和核心技術難關。
  “今天這一刻,總算塵埃落定了,可以說,嫦娥三號以最理想、最完美的方式,完成了我們當初研發設計的想法。”剛剛回到西安的蘭曉輝,回想起當時那一刻,還禁不住露出興奮的神情,寄托著一名航天人對任務圓滿成功的特殊情感。
   煢煢而立一路艱辛劈山破迷霧
  從事航天液體動力事業20餘年的蘭曉輝,是高空發動機專業技術領域的專家,在接到7500N變推力發動機研製任務之前,他多年撲身於運載火箭三級發動機二次啟動研製工作,參與解決了我國常規推進劑二次啟動發動機的空白,保證了該型號運載火箭發動機各次飛行取得圓滿成功。
  由於變推力發動機與高空發動機有著多次啟動、高工況工作的共同特點,外人看來,他與探月工程結緣也正因於此。但從專業角度來說,二者幾乎沒有任何關聯的地方,一個是固定推力,一個是變推力,從結構設計上一個是固定部件,一個是活動部件,簡直是天壤之別。
  2006年,蘭曉輝著手變推力發動機可行性研製論證,此前對變推力發動機的認識只限於原理的學習,如何完成可行性論證,是擺在他面前第一道難題。然而,在他看來,藉著探月工程第二步關鍵任務的牽引,填補我國變推力發動機的研製空白,可謂天賜良機。
  國內從未有任何變推力發動機研製經驗,國外資料嚴重封鎖無可借鑒,落月方案尚存爭議,在最短的時間內,必須解決發動機的關鍵技術,否則研製立項就會化為泡影。在雲山霧繞、困難重重中,蘭曉輝腦海裡浮現出變推力發動機將要完成嫦娥追雲逐月的美麗夢想,即刻像一部開足馬力的機器,風風火火開展工作。
  變推力發動機研製初期是艱難的,可謂“步履維艱”。蘭曉輝和他不到10個人的研製團隊,只能象螞蟻啃骨頭一般,挖掘現有的發動機基礎理論和相關技術,去實現新的研製要求。“首先要確定發動機各項設計目標,對各個部組件進行多方案論證,理順各個方案組合的可行性。”先期的試驗基本都在失敗中結束,在2006年至2008年的時光中,隨機的部件小試驗和系統組合試驗,每周都在上演,一臺試驗產品生產出來後,立馬試驗的衝動就涌上他的心頭。“那時真的是急著去驗證,結果最能說明問題。”蘭曉輝回憶道。
  因發動機完成裝配到達研究所時,往往都是下午或者晚上,他帶領他的團隊索性晚上或凌晨就開始試驗。加上發動機大都是活動組合件,需要先進行液流試驗。一位團隊成員調侃道,每次接到“液流”試驗安排,也就意味著要“夜留”了。
  在早期的燃燒試驗中,發動機溫度過高、性能很低、推力室燒穿的事,就是家常便飯。顯然,這距離蘭曉輝心中系統集成、簡單可靠的目標還差得很遠。
  正是因為新,沒有先行經驗,所以當一個新的方案提出來,蘭曉輝都會組織大家一起討論,在智慧的碰撞中前行。
  他和他的團隊考慮空間環境條件和月球探測任務的特殊需求,開發了發動機性能仿真計算軟件、熱環境仿真試驗等軟件,加快了研製進度,節約了研製經費。
  經過一年多夜以繼日的艱苦鏖戰,2007年底,7500N發動機基本方案定了下來,2008年4月,完成了600秒長時間可靠性試車,標志著該型發動機關鍵技術得到全面突破,轉入工程研製。
  40多歲的蘭曉輝這樣形容當時的心情,猶如在大山裡迷路的孩子,終於走了出來,但回家的路還很長。1  蒼穹躊躇嫦娥舒袖還要闖多關
  發動機原理性方案確定後,就要著手研究發動機如何符合總體需求,適應嚴苛的發射過程和空間在軌環境。在蘭曉輝看來,這才真正開始了變推力發動機逐月的歷程。
  蘭曉輝介紹說,“變推力發動機作為探測器的心臟,在飛行中的作用舉足輕重,為了進一步確保可靠性,保證在多種飛行需求下萬無一失,在試驗臺上會把發動機的工作時間延長到比實際飛行多兩倍,甚至幾倍的時間,空間環境預想更為嚴峻苛刻,使得每個零部組件的耐溫、耐壓、耐磨等性能受到嚴格的考驗,獲得準確的數據。”這對於7500N變推力發動機這個“新生兒”來說,真是巨大的挑戰。
  與壓力和挑戰同生的,必然是光榮和使命。任何壓力和挑戰似乎並沒有讓蘭曉輝畏縮,反而化成了源源動力,讓他幹勁十足,永不懈怠。
  38萬公里的奔月之路,預示著發動機要長期在軌,在晝夜交替的真空環境,發動機能否在近200℃的溫差下保持穩定工作,這是發動機結構設計和推進劑質量必須面對的問題。
  “即使在太陽光能夠照射到探測器時,7500N發動機也基本在探測器背部,溫度依然很低。”蘭曉輝介紹說。“變推力發動機內部構造基本是活動件,依次咬合在一起,要預防空間冷焊現象的發生,遇到極度低溫還容易出現點火啟動問題,後果不堪設想。”那段日子里,除了對材料進行分析研判,就是尋找徹底解決問題的途徑。
  在奔月之路高溫低溫環境下,推進劑能否多次順利點火,雖是蘭曉輝研製多次高空啟動發動機時掌握的的拿手絕活,他也不敢絲毫怠慢,多次試驗證明可靠,方纔安心。
  緊跟而來的,是大尺寸產品力學振動試驗,在發射飛行的高強度震動中,發動機零部組一旦發生震裂或結構破壞,所有研製成果就要付之一炬。每一項考驗都關乎任務的成敗,蘭曉輝和他的團隊緊繃的心,似乎從未輕鬆過。
  難度最大的,還要數為適應總體對探測器設計要求,在發動機周圍採取隔熱的方式進行熱防護,這對發動機自身冷卻提出了極為嚴苛的要求,不僅要求推力室壁耐高溫能力強,還要儘量讓燃燒室降低溫度,提高燃燒效率,這簡直就是在悖論中尋求真理。蘭曉輝果斷提出創新冷卻的方式,圓滿解決了這一頭疼難題,7500N變推力發動機在性能和冷卻技術方面均達到國際先進水平。
  2011年6月至10月,7500N變推力發動機連續8台可靠性試車全部獲得成功,單次長程試車達到4000秒以上。同時,探月著陸器地面懸停試驗七戰七捷,完美證明瞭7500N變推力發動機擔當重任的能力。
  那段時間,蘭曉輝穿梭在北京、西安兩地,有時一張小小的火車票反倒成了大難題,碰上節假日高峰期,火車上站一夜是常有的事。看著身邊如織趕著回家團聚的旅客,望著遠方星星點點的萬家燈火,蘭曉輝的內心,還潛伏著一個重要的事業激勵他前行,因為他清楚,變推力發動機,“乾好了就是大熱門!”  輕盈落月 完美首秀顯舉重若輕
  終於到了要交卷的時刻。
  嫦娥三號舉國關註,萬眾矚目,月球探測器從地月轉移飛行,直到月球探測器到達月球錶面4米左右關機軟著陸,在這13天時間內,7500N變推力發動機俯仰調姿,制動變軌,時而“輕手輕腳”,時而“鉚足馬力”,時而又“凝神靜思”,這一系列變換的“舞姿”,正是利用了發動機的深度推力可調的特點。蘭曉輝和他的團隊數年的艱辛,在此刻卻顯得無比輕盈。
  “這就像汽車的無級變速箱,該慢行的時候,要踩得住剎車,該加速的時候,就要一腳地板油”。蘭曉輝生動形象地講述發動機特點,自己也在戲謔中開懷大笑。
  探測器在飛行至距月球100公里高度需要被月球引力捕獲,變推力發動機即要開始工作進行剎車制動。多個國家在探月初期在這個環節上出現紕漏,導致整個任務功虧一簣,因此掌握時間節點和發動機可靠工作十分關鍵。
  由於遙測數據傳回控制大廳會有幾秒的延遲,稍有失誤探測器就已經飛離月球軌道。任務指揮部和專家組在制動前三小時按照即時速度和比沖大小決定製動方案,果斷發出開機6分鐘指令,然而指令發出了,從數據顯示看,發動機卻並未開機,這一切對善於用秒來判讀數據的專家來說,就是 “黑色時間”。
  “那時,真是捏著一把汗。”蘭曉輝介紹說, “我們該想的都想到了,該做到的工作都做了,沒有想到的、或者說經過評審論證再出問題,那也只可能是殘餘風險,但這幾乎不可能!” 果然,幾秒延遲時間一到,發動機開機點火的信號傳到了大廳。
  誠如嫦娥三號月球探測器軟著陸任務取得圓滿成功,中國人實現了第一次在地外天體軟著陸。7500N變推力發動機先後完成了動力下降、減速調姿、懸停避障、緩慢下降等軟著陸任務,發動機“首秀”就一次成功,這在國際航天史上實屬罕見。
  有媒體如此形容7500N變推力發動機的表現,既 “推的精,飛的穩”,又 “變的妙,落的準”。
  當探測器落在月球的一瞬間,測控大廳頃刻掌聲一片,蘭曉輝站起身來,伸了伸筋骨,一顆懸了數年的心,著實落了地。他可能不知道,在中央電視臺的直播畫面中,下方大字幕中已經打出了“嫦娥落月 7500N變推力發動機功不可沒”。  推開家門航天專家疲憊又喜悅
  嫦娥三號任務在玉兔號月球車開始月面巡查中宣告圓滿成功,蘭曉輝拖著既喜悅又疲憊的身軀,終於可以回家了。從靶場檢測開始,這趟差,他已經出了三個多月。
  巧合的是,參與靶場任務的前幾天,他們家剛剛拿到新房鑰匙,匆匆在毛坯房裡看過一眼的他,就踏上了7500N變推力發動機首秀的旅程。
  這幾個月,蘭曉輝的愛人獨自承擔了新房裝修、搬家的重任,這對一個家裡的半邊天來說,也真不容易。當蘭曉輝推開新家的房門,幸福的喜悅一定會再次涌上他的心頭。
  這幾年,蘭曉輝的女兒,也從十三四歲的小姑娘,已經成長為某重點高校三年級的大學生。誰敢說,蘭曉輝在女兒身上,傾註了比發動機更多的心血?
  這幾年,與蘭曉輝說話最多的不是愛人和女兒,而是同事與專家;他吃飯最多的地方,不是客廳和廚房,而是試車台旁的路邊小店;他睡覺最多的地方,不是家中的卧室,而是辦公室和招待所。
  在蘭曉輝看來,所有這一切,真的值了。(張平)  (原標題:嫦娥三號7500N變推力發動機達國際先進水平)
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