机械与运载工程学部 ·  张贵田
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张贵田_院士自述_中国工程院院士馆
院士自述

1957年10月4日,苏联成功地发射了世界第一颗人造地球卫星,开创了人类航天的新纪元,广阔无垠的宇宙空间开始成为人类活动的新疆域。1958年8月,国务院科学规划委员会根据同年5月毛泽东主席关于“我们也要搞人造卫星”的提议,将发射人造卫星列人科学发展规划。1965年8月,中共中央批准《关于发展我国人造卫星工作的规划方案建议》。1965年11月,中国科学院受国防科工委委托,召开了我国第一颗人造卫星方案论证会(代号“651”会议),自此开始了我国第一颗人造卫星(1965年12月,正式命名为“东方红一号”)及其运载火箭“长征一号”的研制工作。

五个寒暑过去了,终于迎来了欢呼雀跃的一天。1970年4月24日,“东方红一号”发射成功,清晰宏亮的《东方红》乐曲响彻环宇。海内外炎黄子孙都为70年代第一个春天这一特大喜事而庆贺,中国成为继苏联、美国、法国、日本之后世界上第五个能独立发射人造卫星的国家,从而揭开了中国航天活动的序幕,“长征一号”运载火箭和“东方红一号”卫星被光荣地载入了中国航天史册。

发射人造地球卫星需要运载火箭,作为运载火箭首先要有强大的动力,才能飞出稠密的大气层,达到约7.9千米/秒的第一宇宙速度,使其成为绕地球飞行的卫星。我以前参加研制的火箭都是单级火箭,所使用的发动机又都是在地面点火,而“长征一号”是三级运载火箭,其二级液体火箭发动机要在高空点火,工作在海拔60千米以上的高空。所以,我领受“长征一号”动力系统技术负责人这项任务时,使命感、光荣感、责任感、压力感一齐涌上我的心头。以前尽管参加了几种液体火箭发动机的研制工作,但研制这种高空发动机和多级火箭还是第—次。对其中的难度和险阻还着实心中无底。

“长征一号”一级发动机(代号为YF-2A,是四机并联的百吨级推力发动机)和二级发动机(代号为YF-3)都在当时任七机部一院副院长兼液体火箭发动机研究所所长、“长征一号”技术负责人任新民的领导下,同有关的科技人员一起,经过反复的研究、论证,确定YF-2A、YF-3发动机在中程火箭使用的YF-2发动机的基础上进行改型。在YF-2发动机的研制中,相继解决了发动机的不稳定燃烧、高性能高速的涡轮泵设计、四机并联、推力室的真空钎焊、波纹板成型、等离子喷涂、材料相容性等多项技术关键,这就为YF-2A、YF-3发动机的研制提供了较好的技术基础。

然而,在航天科技工业的发展中,每前进一步都要遇到艰难险阻,需要攀登和付出艰辛。在研制YF-3这一新的高空发动机的过程中更是如此。首当其冲的是解决高空点火的问题,我和同事们进行了审慎的分析研究和反复的论证试验,结果表明:由于发动机燃烧剂和氧化剂相遇会自燃着火,在三相点以上的环境下推进剂点火,会引起点火延迟而增加进入燃烧室的组元积存,还可能出现爆燃,导致压力峰值突增过高,破坏发动机的正常工作,造成发动机部组件损坏。这一棘手而现实的问题摆在我们面前,是退缩不前还是知难而进?受“自力更生,艰苦奋斗,大力协同,无私奉献,严谨务实,勇于攀登”航天精神熏陶的科技人员,无疑是要攀登、要奋斗。在发达国家要解决这一难题,要专门建造模拟高空环境的试车台,这类试车台设备庞大复杂,自动化程度高,造价昂贵,我们不能照搬,只有另辟蹊径。我们进行了艰难的研究探索,从真空舱内测得一组令人惊喜的试验数据,在一个大气压力下,硝酸27和偏二甲肼接触后的着火迟滞期为4?5毫秒。而当环境压力在三相点以上时,其着火迟滞期为7?9毫秒,这样,第一批进人燃烧室的推进剂积存量要比允许值大得多。另外,在高空环境下,由于推进剂雾化混合不好及三相物态的存在,很可能造成起动高压力峰。找到了造成起动压力峰的原因,就可以采取有的放矢的办法,为二级发动机创造一个在高空跟地面一样的点火环境(在燃烧室喉部粘贴堵盖,副系统加薄膜等,使发动机所有腔道都能保持相当于地面压力的1个大气压力),并进一步改进发动机的有关系统,保证燃烧剂、氧化剂进入燃烧室有合适的时差。随之,要进行试车方案的设计与实施,并要获得发动机的高空性能参数。我和同事们经过反复计算、论证,决定选用发动机自身排气引射抽空的方案,这样既简单又省钱,而且还会贏得时间。这个方案的关键是设计制造一个抽空扩散试验舱,从1965年10月论证方案到建成,只用了14个月。1966年12月首次试车,点火后两秒钟试验舱的压力就达到了稳定的预期值,获得了发动机高空性能参数。

在攀登的道路上没有平坦的道路可走。突破了发动机高空点火和发动机高空性能测定两个关键后,提高发动机比推力的难题又摆在了我们的面前,但办法总是多于困难,办法总是人想出来的:研究、试验告诉我们:增加燃烧室大喷管的膨胀比,是提高发动机比推力的关键举措之一,它可以使燃烧室喷出的高温、高压燃气进一步膨胀,将推进剂的化学能最大限度地转换成发动机的动能。尔后,我们又进行选择实现这一方案的喷管延伸材料的研究试验工作,开始选用重量轻、耐高温高压燃气的钛合金材料,但由于钛合金材料需强力旋压成型、喷涂耐高温防护层,加工难度大,报废率高,造价昂贵等原因,这一方案被放弃了。我们又改用玻璃钢材料,在试制中,设计、工艺和生产紧密结合,反复研究、反复试验、反复修改,最后通过用浸过树酯的玻璃布在模胎上层层缠绕,高温固化和车加工,完成金属法兰盘与非金属连结,在内壁外层貼蜂窝和缠加强层等工序,终于生产出了符合要求的玻璃钢大喷管,提高了发动机的比推力。

每当我回忆起研制“长征一号”运载火箭发动机的日日夜夜,我就会情不自禁地被带人那热火朝天的境地。特别是时值“文化大革命”的特殊时期,更需要我们付出更多的艰辛和汗水。设计、生产、试验分处三地,南苑、云岗和长城外康庄,我们已记不清挤了多少次公共汽车,做了多少次“运输试验”,步行了多少里路。至今我还淸楚地记得,同亊们冒着酷暑和严寒,在布满卵石的土路上,坐在大卡车上护送产品,我经受不住强烈的振动、蹭磨,只好站去立回,去康庄的一个单程便可使人成为“土人'

当时我们都还三十上下,孩子又小,手头拮据,常为了一堆处理菜而东奔西跑,我们这些人实在是难以顾家,只好默默地诵念:个人的事、家里的事,再大也是小事;发射卫星的事、国家的事,再小也是大事。我瘦弱的妻子拖着2岁多的女儿,独自挑着家庭的重担,我知道自己的“失职”,也深深感到内疚,可当我对妻子念叨这“大事、小事”的信条时,她也就油然转怒为笑了。

更使人感到忧心忡忡的是,特定时期天有不测风云,真担心哪件事、哪句话会遭来什么帽子,“以生产压革命”、“阶级斗争新动向”、“破坏生产”……尤其我这个留苏生又有“白专”前科,真担心“苏修特务嫌疑”、“白专道路”的帽子,随时可能戴在我的头上。当时我很拘谨,但也时刻在激励自己:不能消极,不能颓废,中华民族的航天梦需要“长征一号”,需要液体火箭发动机,不能愧对党、国家、人民的培育——由一个普通工人成为一名留苏生。正是这种信念鼓舞和激励着我。特殊时期需要我们付出更多的努力,为了解决一个小小的问题,就要绞尽脑汁,耗费唇舌,有时还要力排“干扰”,求人拜“佛”。这不仅是普通的科技人员、技术负责人要这样,而且,上至周恩来总理,都为我国发射第一颗人造卫星付出了巨大的心血,为了解决发动机的试车问题,他多次亲自下指示,召见部、院、所、站的军管会人员和其他有关人员,反复劝说,才使发动机试车得以顺利进行。所以说我国发射第一颗人造卫星是非常不易的,这也的确是历史的真实写照。

在发动机高空点火、提高比冲、试车及参数测量等难关突破之后,“长征一号”与“东方红一号”的研制步伐逐渐加快。为了确保稳妥可靠和万无一失,1970年1月用这新研制的运载火箭发射进行了模拟飞行试验。从外测、遥测的数据分析,二级发动机的高空点火、起动、关机等情况都很正常。但百闻不如一见,找到飞行试验的发动机残骸,根据实物就可以更准确地分析评价发动机的工作情况及可靠性等指标。

鉴于这种想法,我向当时在现场的“长征一号”运载火箭技术负责人任新民提出到落区寻找残骸的请求。任新民略微沉默一会儿,略带叮嘱又有赞许的口气说:“那你可就要在戈壁滩里过春节了,那地方可苦呀!”我再次陈述了寻找残骸的必要性和自己的想法。就这样,我与任吉杰、李香保、508所的老高等几位上路了。冒着刺骨的寒风,几经辗转,在除夕的晚上赶到了陌生的酒泉。当我们大年初一风尘仆仆赶到酒泉机场时,方知春节假日飞机停飞,要到正月初二才有飞往乌鲁木齐的航班。虽是边陲小市,又处于“文革”那个特殊时期,但中华民族传统节日的浓郁气氛仍一如既往,爆竹声此起彼伏,我们躲在招待所里却是烦躁不安、食无味、坐不宁,担心耽搁的时间越长,残骸被流沙埋没的可能性就越大。总算熬到了初二,我们飞到乌鲁木齐,旋即下南疆奔赴和田。

戈壁大漠名不虚传,真是“天上无飞鸟,地上不长草,沙飞天地暗,风吹沙石跑”。正月初七,我们从和田前往民丰落区。这地方原本并没有路,只是由于落区选在此,在硬戈壁上愣是跑出了一条路,俗称“搓板路”。我们坐在大卡车上,尘沙飞扬,振动异常,大有撕肝裂肺之感。渴了,抿一口军用水壶里的凉白开水润润嗓子。饿了,咬几口干粮和军用豆角罐头,应付一下饥肠辘辘的肚子。夜幕降临时,我们赶到了民丰落区的临时驻地。满身的尘沙,本打算好好洗洗,可那里水贵如油,只好简单地擦把脸,吃点东西,倒在大统铺上睡觉了。第二天一大早,我们十几个人骑上骆驼,在维吾尔族向导的带领下,开始向沙海进军,在茫茫的沙海中我们“一”字排开,间距十几米,开始“捞针”、“寻宝”了。沙波相拥、绵延无际,因流沙后移,每迈进一步都要后退半步,腿肚子一拉一紧,没走多远腿便开始酸疼僵硬了。我们一会儿爬沙丘,一会儿又跃进谷底,不停地向前“梳”,向前搜,由于我们的专注,唯恐漏掉要寻找的“宝”,使本已十分寂静的沙海更静得使人透不过气来,我们心急如焚地搜寻着。真是“上帝保佑”,大约在中午时分,我们如愿以偿地发现了二级发动机燃烧室和机架,我们欣喜若狂,个个连滚带爬地奔了过去。战果一个接一个,到下午五六点钟,我们又找到了控制系统的程序配电器、变换放大器等组件的残骸。

收获的喜悦溢于言表,几天来的尘沙、寒冷、饥饿、颠簸、劳累早已抛到九霄云外,我们欣喜地抚摸着一件件“宝贝”,看了一遍又一遍,爱不释手。燃烧室内壁亮堂堂的,光洁无损,一点儿高温高压烧蚀冲刷的痕迹都没有,实物进一步证明我们的设计、工艺、生产完全正确,这对指导我们以后的发动机研制工作真具有无价之宝的功效。

我国成功地发射第一颗人造卫星这一史无前例的壮举,其意义实在是太重大了,不仅极大地振奋了海内外的炎黄子孙,而且在全世界也引起了极大的反响。1970年4月24日晚,当卫星发射成功的消息报告周恩来总理后,他当即向毛泽东主席报告了这一喜讯。周总理随即飞往广州,参加由越南、越南南方、老挝、柬埔寨领导人召开的“三国四方会议”。第二天,周总理高兴地向会议宣布:“为了庆祝这次会议的成功,我给你们带来了中国人民的一份礼物,这就是昨天中国成功发射了第一颗人造地球卫星。中国人造地球卫星的上天,是中国人民的胜利,也是我们大家的胜利。”

这一喜讯传遍全国,城乡一片欢腾,到处喜气洋洋。4月25日晚8点29分,当“东方红一号”卫星飞经北京上空时,首都人民争相观看,沉浸在一片喜悦之中。4月28日晚,卫星飞经香港地区上空时,人们带着收音机、指南针、望远镜,扶老携幼,成群结队地涌到山头、高地、海岸,卫星过境时,鸦雀无声,人们屏住呼吸仰望西北天空,凝视中国人自己制造的卫星。

“东方红一号”卫星遨游太空,也为我国欢庆70年代第一个“五一”国际劳动节增添了新的光彩。毛泽东、周恩来等党和国家领导人在节日的天安门城楼上,亲切地接见了钱学森、任新民等参加研制发射第一颗人造地球卫星的代表,周总理还把这些放卫星的人员介绍给国际友人。

随着第一颗人造地球卫星的发射成功,我被调赴“三线”工作,这在当时可谓喜上加喜,能去“三线”起码是政治合格、组织上信任的。“三线”的条件比起戈壁大漠那要好得多,但干打垒的住房和大城市相比却相差甚远。20多年过去了,还着实有些感慨和眷恋。五年,在人生的道路上是短暂的,但在研制“长征一号”发动机这五年中所经受的锻炼和考验,却是受用终生,无论在技术上、组织管理能力上、治学态度上,所受的教育和收获至今记忆犹新,这对我以后从事某液体弹道导弹新型发动机的研制,从事“长征四号”运载火箭三级发动机YF-40等的研制,以及从事液体火箭发动机研究所和整个基地的领导工作都大有裨益。参加“长征一号”研制的受益,特别是战胜困难的决心和勇气,都时刻在激励和鞭策着自己,要在液体火箭发动机事业上贡献出自己的一份力量。

中国航天已步人不惑之年,我也由20多岁的青年逾过花甲之年。目睹年至耄耋的老一辈航天专家,不用扬鞭自奋蹄,仍勤奋耕耘在航天这块沃土上。目睹年轻的后来者朝气蓬勃,进取奉献,自感航天有望,更感老马识途,责无旁贷。学无止境,工作也无尽头,我当以实际行动无愧于中国航天人的光荣称号,更应努力为中国工程院院士盛誉添光增彩。写此短文仅以自勉。坚信在“科教兴国”伟大战略的指导下,中国航天一定会持续、快速、健康地发展,中国也必将更加繁荣富强。

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