5月5日 ，長征五號B運載火箭託舉著我國新一代載人飛船試驗船直上雲霄，發射任務取得圓滿成功。這是航天科技集團六院獨立自主研製的新一代大推力綠色無毒無汙染液氧煤油、液氫液氧發動機，繼推舉長征五號、六號、七號實現工程化應用之後，實現的又一新型運載火箭應用，展示了液體動力事業的貢獻與擔當。
“發動機的控制指令精確到毫秒級”
“我們搞發動機的，腦海裡一定要緊繃質量這根弦，要堅持苦練內功，吃透技術，不斷提高發動機的性能和適配性。” 航天科技集團六院長五發動機型號總師陳建華表示。
長五B是按系列化、模塊化、組合化思路研製的一款新型大型運載火箭，也是我國首個一級半構型的大型運載火箭。託舉這枚火箭的液氧煤油發動機，憑藉深厚的技術功底和優越的性能，問鼎2018年國家科學技術進步一等獎。但在此次任務中，11所設計團隊針對發射不同的產品一直進行技術上的改進，提高發動機質量的可靠性。
因為任務的改變，火箭構型發生了變化，發動機根據總體的變化進行了多項指標適應性分析和考核驗證。“測量系統是發動機工作過程的記錄員，8臺發動機，光是閥門百餘臺，控制指令幾百條，這些指令精確反應發動機的關鍵動作和內部熱力環境情況，這些寶貴的數據也是驗證發動機工作的結果，為今後的技術改進提供重要的根據，所以，指令之間的時序我們必須精確到毫秒級。”試驗隊員杜飛平一字一頓地介紹。
長征五號B火箭助推動力系統由8臺120噸級液氧煤油發動機組成，為火箭起飛提供了90%以上的推力，全部由航天科技集團六院7103廠（西安航天發動機有限公司）製造生產，它的質量與可靠性，對於確保長征五號B發射至關重要。“長征五號B運載火箭發動機產品，與長征五號遙三保持一致，過程控制要求和產品質量要求都沒變化，但是管理上要求越來越嚴，越來越細，對人員操作的要求也越來越高，我們開展了產品設計特性全集分析工作，實現發動機全數據說話，對過程控制環節和發動機薄弱環節不斷管理改進，進一步提升發動機可靠性。”7103廠新一代運載發動機總工藝師張和平介紹說。
新要求下的新挑戰
長五B火箭與長五火箭的任務要求、構型、載荷和入軌方式都不同，都為芯一級發動機——大推力氫氧發動機帶來了新的挑戰。長五B火箭是為我國空間站建設服務的，後續將承擔空間站發射對接任務，因此，此次首飛，將模擬這一工作條件，需要精準的發射時間，也就是“零窗口發射”。“說好幾點幾分，必須分秒不差”，長五火箭副總師王維彬介紹，“未來要實現在天上對接，到了時間點不發射，就錯過了對接的最佳時機。”
此外，長五B火箭由助推發動機和芯一級發動機提供推力，和長五火箭相比，沒有了上面級發動機。也就意味著，在火箭助推分離的瞬間，加速度將更大，緊接著由於助推分離喪失一部分推力，加速度瞬間達到最低。發動機必須適應短時間內入口壓力的劇烈變化。“就如同魚本來在印度洋深海中潛游，突然間跳躍到喜馬拉雅山上，巨大的壓力變化會使魚瞬間爆裂”，王維彬形容道，“發動機的入口壓力也是這樣，短時間內大起大落，給發動機穩定而可靠的工作帶來巨大的挑戰。”
長五B的新構型，也帶來了第三個挑戰，也就是“一級精準入軌”。空間位置六個自由度，都必須精準控制。長五火箭有上面級發動機，可以由姿控系統進行有效控制。但本次任務，需要大推力發動機直接將有效載荷精準送入預定軌道，對於發動機關機推力變化的精準預測和一致性分析有更高的要求。開裝甲車入庫，肯定要比開小汽車入庫要難一些。“對推力室而言，就是燃燒要穩，避免工作中的壓力脈動。火箭飛行速度變化，都會對入軌產生影響。”原推力室設計部主任許曉勇說。此外，也要求閥門和渦輪泵動作的一致性要好。
針對上述三個挑戰，研製隊伍通過大量的課題研究與試驗驗證，將這些難點逐一攻克。“針對本次任務的極端重要性，我們在各個階段都對產品和流程加嚴了要求。”原主推進發動機設計部鄭大勇說，“加嚴了產品交付流程，包括實物預驗收、資料預驗收及正式驗收。同時對生產環節的過程控制進行嚴格複查，確保最優的產品參加飛行任務。”
記者瞭解到，疫情期間，為保障長五B火箭首飛成功，六院各單位的試驗隊員從西安、北京、上海奔赴發射場，一手抓疫情防控，一手保障首飛成功。試驗隊進一步提高風險意識、質量意識和責任意識，規範工作流程，細化工作內容，精心做好發動機產品的檢測與各項測試，嚴格保障各項工作節點。細緻確認發動機各項參數，確保發動機狀態良好，深入做好發射預案，紮實開展“雙想”工作，消除了存在的風險或隱患，確保了長五B火箭首飛成功。
西安報業全媒體首席記者 楊斌鵠
