作為長三甲系列火箭三子級動力的YF-75氫氧發動機,其研制工作主要由航天科技集團六院北京11所承擔。從1986年發動機設計團隊組建,到1994年火箭成功首飛,8年的時間里,發動機先后經歷了方案、初試和試樣三個階段,傾注了無數科研工作者的心血。
1月3日,嫦娥四號探測器首次在月球背面預選區域著陸,在人類歷史上首次實現了月球背面軟著陸,并在月球背面留下了中國航天的足跡。作為推舉嫦娥四號的運載火箭,長三甲系列火箭在此次任務中功不可沒,且因其高可靠性與成功率,享有“金牌火箭”之稱。
作為長三甲系列火箭三子級動力的YF-75氫氧發動機,其研制工作主要由航天科技集團六院北京11所承擔。從1986年發動機設計團隊組建,到1994年火箭成功首飛,8年的時間里,發動機先后經歷了方案、初試和試樣三個階段,傾注了無數科研工作者的心血。
迄今為止,YF-75發動機已參加97次飛行任務。2004年探月工程正式開展后,YF-75發動機更是在嫦娥系列任務中接連表現優異,為我國未來進一步空間開發和深空探測奠定了堅實基礎。
氫氧是上面級發動機的最佳方案
長三甲系列火箭是我國目前的主力火箭,主要針對高軌、大載荷任務,其任務特點必然對上面級動力提出更高要求。
在YF-75發動機立項之初,就存在過這樣的疑問:低溫技術難度大,氫氧發動機使用維護費事,為什么一定要采用氫氧發動機作為長三甲系列火箭的上面級發動機呢?
氫氧推進劑具有高能量特性和無毒無污染等突出優勢,是目前已知火箭化學推進劑組合中能量最高的。換句話說,相比其它化學推進劑組合,在同等加注規模下,氫氧組合的“百公里油耗更低”,火箭能跑得更遠。
作為火箭末子級動力,可以說發動機性能高低直接決定了火箭的運載能力水平。此外,由于氫氧組合燃燒產物干凈,發動機先天具備多次起動工作能力,這就極大增強了任務適應性。在嫦娥四號飛行過程中,YF-75發動機完成兩次啟動工作,從而準確將嫦娥四號探測器推送到目標軌道。YF-75發動機的獨特優勢為“金牌火箭”提供了動力。
“成功不代表成熟”,研制隊伍不斷進行技術改進與可靠性提升,陸續解決了多項技術難題。
吃透技術,YF-75發動機一直在前行的路上。
一切為了驚心動魄的1200秒
長三甲系列火箭的飛行過程中,YF-75發動機的飛行時間占了整個飛行時長的近80%,也就是1200余秒。發動機的每一分每一秒飛行都至關重要,扣人心弦。
“就如同搬家的過程,第一級發動機負責將貨物裝車,第二級發動機負責將貨物搬送至家里,那第三級的工作就是將每件貨物都擺放在相應的位置上,耗時長,且活兒精細。”YF-75發動機設計部副主任潘亮這樣比喻。
在這1200余秒的過程中,發動機將經歷工作、關機滑行、再次起動3個階段,最終將嫦娥四號探測器送入LTO奔月軌道。
“搭載嫦娥四號的長三甲系列火箭雖然是成熟型號,但由于此發任務的特殊性,為保證任務圓滿成功,從任務之初開始就采取了一系列措施,交付產品做到‘精挑細選、優中選優’,保證這驚心動魄、至關重要的1200秒的飛行。”YF-75發動機主任設計師崔強說。
嫦娥四號的發射窗口很短,如果出現問題,不能在既定窗口時間發射,則需要等待24小時后再次發射。針對低溫加注后可能推遲24小時發射的需要,為了驗證YF-75發動機泵前閥長時間浸泡在低溫介質中的工作可靠性,摸索搖擺軟管的長時間處于低溫狀態的搖擺可靠性,科研人員對YF-75發動機氫、氧泵前閥和搖擺軟管開展了適應性驗證試驗。
除技術上的特殊性外,針對任務的重要性,YF-75發動機進一步增強了對嫦娥四號任務產品的保障和質量控制。
該所所長岳文龍在任務之初就特別強調,“型號隊伍及全所相關人員,應以高度責任心面對嫦娥四號任務,以扎實有效的工作確保產品質量和發射任務的圓滿完成。”
配套嫦娥四號任務火箭的YF-75發動機根據“擇優選擇配套產品”的相關要求,結合發動機研制進度,從零組件配套開始,優選出4臺單機產品進行校準試車,再從4臺單機中優選出2臺單機組成雙機,交付火箭總體。
此外,該所嚴格控制技術狀態,分別對標2018年基線的技術狀態、嫦娥三號的技術狀態變化進行梳理分析。
同時,增加質量控制點,將原來由總裝專業負責的驗收會,升級為副總師、主任設計師及各專業均參加的驗收評審會,對單機發動機提前進行質量把控,防范風險。
成熟技術、豐富經驗,再加上相關“亮點”,嫦娥四號任務按計劃取得圓滿成功。在任務成功那一刻,長三甲系列副總師羅巧軍總結道,“此發任務凝聚了全體發動機研制人員付出的巨大努力,優選產品,反復檢查,真的是壓力山大,所幸結果圓滿,取得了成功。”
成功源自每一個“你”
羅巧軍經常在每一發任務結束后,第一時間感謝團隊的辛苦付出。嫦娥四號發射成功后,她更多了一份感慨:“走到今天這一步真的不容易。”
2018年YF-75發動機配套長三甲系列運載火箭完成14發飛行任務,平均20多天完成一發。經常是前一發任務在凌晨成功發射后,試驗隊員到機場乘坐早上10點的飛機返京,就能夠剛好遇到從北京出發已經到達西昌青山機場的后一發試驗隊員,大家笑著打招呼,分享經驗,分享喜悅。這樣的更替,是任務,是使命,更是擔當。
全年高密度的發射使西昌的一年四季不停有試驗隊員在那里忙碌著,西昌成了試驗隊員的第二個家。對于有些發射場隊員來說,在西昌的時間更是占了全年時間的大半。“家人會有些想法,畢竟很多時候都照顧不到家里,但想著這事為國家作貢獻,家人也和我們同樣在堅持著,心里特別感謝與理解。”隊員這樣說道。
前方的西昌,忙忙碌碌,紅紅火火;后方的北京,也是充實豐富,不亦樂乎。每一發任務,他們都全力以赴,勢在必得。從方案論證到詳細設計出圖,從產品加工到產品組裝,從組件試驗到整機試車再到試驗場飛行,在各產品、系統的全生命周期里,相關人員秉持高質量原則,集智攻關,以專業態度為發動機提供可靠保障。雖然生產周期緊、任務多,工作頭緒也較多,但是他們從來不放過任何細微的問題和環節。
“發動機研制是系統工程,要有螺絲釘精神,更要有通力協作的集體意志。”“成功可喜,更希望與同志們一起,為后續的成功保駕護航”,研制隊員們這樣說。
他們這樣說,也這樣做到了。2018年的14發長三甲系列火箭任務獲得全勝,這是一個完美的收官,也是一個嶄新的開始。
從1994年首飛至今,YF-75發動機已配套長三甲系列火箭飛行90余次。百次在即,團隊自豪之余,更多的是希望YF-75發動機以更高的可靠性完成更多的圓滿任務。
“嫦娥四號是一個里程碑式的任務,但我們清楚更加艱巨的任務和挑戰還在前方。”所長岳文龍對未來有清醒的認識。每一位隊員經歷了高密度發射及特大任務的洗禮,不斷挖掘著自身的潛力,能力得到了錘煉和升華。未來,他們將用實際行動,續寫航天精神新篇章。