“胖五”發動機研制：突破“卡脖子” 不怕失敗

發射問天實驗艙的長征五號B運載火箭，主要承擔我國空間站艙段的發射任務，它也是我國近地軌道運載能力最大的運載火箭。它強大的動力來源就是發動機，發動機是火箭的“心臟”，是火箭技術含量最高、難度最大的部件之一。長五運載火箭采用液氫液氧以及液氧煤油作為燃料，這是當今世界航天發射的主流技術，也是一個國家成為航天強國的標志之一。

航天科技集團六院西發公司型號系列總工藝師 張和平：這就是長征五號用的發動機，長征五號一共用了八臺120噸液氧煤油發動機。這個上面有許多新材料，典型的就是說在燃燒部分用的是高溫合金。

(資料圖片)

高溫合金被稱為“先進發動機基石”。火箭發動機點火后，最高溫度達到3000℃，在這樣的高溫高壓富氧環境下，普通材料瞬間就會被燒成一堆廢渣，在實施綜合降溫措施后，高溫合金卻依然能夠保持穩定。2000年，國家正式立項，液氧煤油發動機進入工程研制，首先要解決的就是研發高溫合金。負責技術的主管單位從事材料研發應用有幾十年的經驗，信心滿滿，然而他們研發的葉盤剛上試車臺幾秒鐘，大家就傻眼了。

中國鋼研科技集團高納公司科技委副主任 趙光普：最早試車的時候，因為對工藝參數也不掌握，我們也心里沒底，所以試的時候只要工藝參數稍不對一些，那材料兩三秒鐘就像天女散花一樣就沒了。

中國鋼研科技集團特殊鋼研究院副所長 蘇杰：我們曾經遇到過同樣的原材料、同樣的爐子，前后煉了兩爐，有一爐合格，有一爐就不合格，所以可見它的工藝窗口確實很窄。

突如其來的失敗讓大家高漲的熱情瞬間降到冰點，國外專家甚至說，即使中國人能把液氧煤油發動機設計出來，也無法制造出來。國外專家的話并非沒有道理，作為主任設計師的葛李虎跟同事估算，發動機需要的新材料達30多種。

沒有基礎，就下定決心從頭開始。跟火箭發動機打了一輩子交道的葛李虎是個有心人，這一本本有些發舊的記錄本，記錄了葛李虎30多年間在火箭發動機研制過程中遇到的所有問題，這120個記錄本，也成為解決問題的一把鑰匙。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發動機主任設計師 葛李虎：這件事情怎么討論的，這個是誰怎么發言的，最后怎么解決的，工廠有什么問題，不要設計員去到工廠去處理，你說一個意見，我說行，你說不行，這樣子的話叫作矛盾，你知道嗎？

中國鋼研科技集團高納公司科技委副主任 趙光普：大伙都叫他（葛李虎）拼命三郎，深更半夜給我們打電話，禮拜六禮拜天打電話，這種全身心地投到航天里邊的精神特別感染我們。

在葛李虎的感染下，研制團隊重燃斗志，踏上了新的攻關之路。高溫合金是以鐵、鎳、鈷為基礎，加入大量其他合金冶煉而成。研制團隊專門做了燃燒著火的裝置，通過不斷調整配方的化學成分，在兩年中做了上百次試驗，從起初的小爐研制，到逐步擴大試生產，終于研制出了抗高溫高壓的高溫合金。

沒有從國外進口一克原料，我國研制的高溫合金性能水平超越了國外同等類型合金，現在這種合金已經分別應用于航空發動機、液氧煤油發動機、液氫液氧發動機等國家重大工程項目。通過液氧煤油發動機研制，還牽引了高強度不銹鋼等50多項新材料的創新，填補了我國這些材料研究的空白。

揭秘“胖五”發動機研制：每一步都無比艱難

對于發動機來說，攻克了材料的難關，只是萬里長征走完了第一步。接下來每一步都無比艱難，這是一次發動機試車的畫面，剛研制完成的發動機，在試車臺上一點火就爆炸了。在液氧煤油發動機研制的初期，包括這樣的爆炸，失敗接連發生了四次。

2001年，對于液氧煤油發動機的研制團隊來說是最艱難的一年。這一年，進行了四次整機試車，均未成功，其中還連續兩次發生了爆炸，這在中國航天的歷史上也是絕無僅有的。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發動機主任設計師 葛李虎：零點幾秒全部炸完，炸完了以后，連一個中間的零件“尸首”都找不到，不知道到哪里去了。沒了，燒完了，所以對我們試驗的分析工作帶來了很大的困難。因為你找到“尸首”以后，看看哪個摩（擦）痕（跡），哪個地方碰的，哪個地方撞的，這是可以分析出來。連“尸首”都找不著了，你分析啥。

接二連三的失敗，對研制團隊來說，無異于一次次的沉重打擊，一次試車成本上千萬元，更重要的是試車不成功，新一代運載火箭的研制就無從談起。面對心灰意冷的團隊，壓力最大的主任設計師葛李虎給大家打氣鼓勁。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發動機主任設計師 葛李虎：失敗是肯定會失敗的，百分之一百的失敗，沒有失敗，不可能有一個新型號。

問題暴露了，但要找到解決問題的關鍵卻談何容易，面對成百上千的零部件，怎樣才能使發動機平穩順利地起動呢？研制團隊重整旗鼓，從爆炸碎片中分析故障原因。一個閥門問題的試驗，他們連續做了100多次，白天做試驗，晚上就分析數據、裝配產品，最長的一次，300人在廠里住了整整3個月。經過近一年的探索，終于看到了希望的曙光。

航天科技集團六院液氧煤油發動機副總設計師 陳建華：發動機在2002年一次試車中，試車時間僅僅只有5秒鐘，很快就過去了，當時我就在現場。那么這一次試車的成功就標志著我們國家對于液氧煤油發動機起動技術的掌握，現在回憶起來還是記憶猶新。

2006年，液氧煤油發動機進行了600秒長程試車，取得成功。2016年，液氧煤油發動機在長征五號首飛任務中獲得成功。接下來，它還在我國首次火星探測任務、嫦娥五號、空間站天和核心艙的發射中發揮著重要作用，每次動力系統的表現都非常完美。

航天科技集團六院副院長 馬雙民：通過發動機的研制，也完全掌握了高壓液氧煤油發動機的全套的技術，研制出了我們具有完全自主知識產權的大型火箭發動機，支撐了我們運載火箭動力的更新換代。