铸造“神箭”

铸造“神箭”

中国航天使用的运载火箭统称“长征”系列,载人航天工程立项之前,长征系列火箭主要用来发射卫星。

1992年,载人航天工程启动时,航空航天部将研制用于发射飞船的新型运载火箭的任务下达给中国运载火箭技术研究院。

王永志找到了自己曾经的老搭档—中国运载火箭技术研究院副院长王德臣。这时,王德臣刚刚被任命为运载火箭系统的首任总设计师。

没有寒暄,也没有客套,王德臣便知道了王永志的来意,他开门见山地说:“发射飞船,‘长二捆’的运载能力已经足够了,但人上天,就意味着火箭不能出问题,万一有问题也必须把航天员救出来。”

“这正是我想向你说的,指挥部把火箭上升段的逃逸救生任务也交给火箭系统了。你有什么好主意吗?”王永志急于知道王德臣的想法。

王德臣胸有成竹地说:“其实这并不难。只要在‘长二捆’的基础上,增加两个系统就够了。”

中国“长征”家族系列部分运载火箭

“哪两个系统?”王永志问。

“一是故障检测系统,二是逃逸救生系统。”王德臣脱口而出,“故障检测系统可以在火箭待发段和上升段出现故障时,自行检测、诊断,自动发出信号;逃逸救生系统能迅速实施自动逃逸或地面控制逃逸,这样就可以确保航天员的安全。”

王永志嘱咐王德臣说:“我们火箭的可靠性必须达到甚至要超过世界上最好的火箭。”王德臣点点头,用有力的握手回应了王永志。

不久后,由王永志签署的工程总体设计要求正式下发。其中,对载人火箭的可靠性指标要求是0.97,航天员安全性指标为0.997,并要求逃逸救生系统在事故发生后2秒之内,必须将航天员带离危险区。可靠性指标0.97是说,平均发射100枚火箭,要将故障率降低在3枚以内;航天员安全性指标0.997的意思是,平均发射1000艘飞船,要将发生航天员伤亡事故的可能性降低到3次以内。这一标准之高在中国航天史上是空前的,世界上也只有个别型号的火箭才能达到。

按照这个设计要求,用于载人飞行的火箭将是长征系列火箭中起飞质量最大、长度最长、系统最复杂的。而王德臣提出要增加的故障检测系统和逃逸救生系统,是一项世界级的难题,是载人火箭独有的技术。它们一个是火箭的“自我诊断器”,一个是航天员的“生命保护神”,火箭在待发段和上升段发生故障时,能够自检测、自诊断,发出故障信息给逃逸系统,并能实施自动逃逸和地面指令逃逸,把航天员带到安全地点。

1994年5月,有着丰富型号研制和管理经验的火箭专家黄春平被任命为载人火箭系统的总指挥。黄春平上任后,面对生疏的“故检、逃逸”,无从下手。设计之初,他和王德臣曾想过走一条捷径:向俄罗斯的航天同行咨询一下,获得一些灵感。但对方的回答却是,咨询可以,但先交100万美元的咨询费。俄罗斯的专家曾断言:“中国的生产和工艺根本无法达到这些技术要求。”他们还说,只要中方出资,俄方可以和中国合作,直接提供图纸和产品。这样傲慢的合作条件,被黄春平和王德臣断然拒绝了。他们选择了一条自力更生、自主研制的荆棘之路。

火箭飞行中随时都会出现故障,故障的种类还多种多样。如何判断火箭故障,如同医生诊断病情一样需要一系列的参数和判断逻辑。故障判断既不能漏,也不能误。漏判了,火箭就有可能爆炸,航天员的生命安全也就无法保证;误判了,发射失败,损失更是难以估量。

作为航天员的“生命保护神”,逃逸救生系统的逃逸塔安装在飞船的顶部,从远处看像是火箭上的一枚避雷针。飞船发射时,从火箭点火到飞行至120秒,这期间,如果发生影响航天员生命安全的意外,逃逸系统的固体发动机将按照指令点火,迅速将载有航天员的飞船返回舱带离危险区。

如果火箭飞行正常的话,在飞至120分钟、抵达39千米的高空时,就要抛掉逃逸塔。否则,一旦逃逸塔未能抛掉,飞船就不能准确入轨,导致发射失败。因此,逃逸塔的紧急启用和适时分离,是火箭飞行出现故障或者正常飞行时都不可或缺的动作。前者失误,危及飞船入轨;后者失误,则会危及航天员的生命。对火箭的研制人员来说,不管火箭飞行是否正常,逃逸系统都不能出任何问题,只能是100%成功。

没有任何经验、没有成熟的技术可以继承,甚至连间接的条件也不具备。为了突破这些技术,在黄春平和王德臣的带领下,研制人员采取并行工程方法和交叉作业“合二为一”的做法,先是完成了逃逸系统飞行器的模装、活动发射平台的缩比模型生产和三余度伺服机构等55项关键技术攻关,完成了总体及分系统方案论证。然后,根据不同的时段,设计了300多种火箭故障模式,并进行一轮又一轮的筛选,分析什么情况下出现故障、会出现什么样的故障、采取什么样的对策。当时,黄春平、王德臣满脑子都是各种参数和问号,每一个参数既有用的依据,也有不用的理由,究竟用哪一个?这样的难题常常使他们彻夜难眠。

1996年,研制工作取得了突破性的进展,新的运载火箭初具雏形,高58.3米,最大直径8米,起飞重量为480吨,可将8.5吨的有效载荷送入近地轨道,被命名为“长征二号F”型。

1998年10月19日,中国航天史上的第一次零高度逃逸救生飞行试验在酒泉发射场进行,这是对故障检测和逃逸系统的一次全面考核,试验的成败直接关系到载人航天工程的总体进度。

“10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,点火!”指令下达后,不同于以往任何一次火箭发射的场面呈现在参试人员面前。震天动地的轰鸣声中,火箭逃逸飞行器腾空而起,发动机4个喷管与分离发动机的8个喷管在不同的部位喷射出耀眼的火焰,整流罩一双巨大的栅格翼随即打开。“分离发动机点火!”“逃逸塔分离!”“整流罩分离!”……几组发动机接连启动,在大漠长空中画出了一道美丽的烟云。不一会儿,分离出来的返回舱上空跳出一把引导伞,像风筝似的飞行到1900米的高空时,飞船返回舱与逃逸飞行器分离,一把鲜艳的大伞像一朵美丽的鲜花在空中绽放,带着返回舱缓缓降落,试验获得了圆满成功。