兰宁远
“神箭”千里逐天疆
“保证航天员的安全”是载人航天工程的首要原则,其核心是要确保航天员的生命安全。火箭是飞船进入太空的运输工具,用最可靠的火箭将航天员安全地送入太空,是运载火箭系统研制者们的郑重诺言。
中国的火箭统称“长征”系列,此前主要用来发射卫星。在长征火箭的托举下,我国先后发射了近百颗卫星,广泛应用于广播电视、通信、气象预报、国土普查、海洋观测、导航定位、防灾减灾、远程教育、农业生产、环境监测等诸多领域。
1985年10月,中国政府宣布,长征火箭投放国际市场,承揽对外发射服务。在这之前,长征火箭已成功发射了19颗国内卫星,成功率高达93%。1986年,美国“挑战者号”航天飞机在发射过程中发生爆炸之后,“大力神”火箭、“德尔塔”火箭和欧洲的“阿里安”火箭又相继发射失利。一时间,国际上的许多商业卫星不能被及时地送入太空,出现滞留。但这恰恰为刚刚进入国际市场的中国航天提供了难得的机遇。当时,国际通信卫星大容量、重型化的趨势已很明显,而中国火箭的运载能力有限,只能运载中型卫星,难以满足多数卫星发射的要求。为了及时满足国际市场的需要,中国运载火箭技术研究院总体部的专家黄作义提出了一个创造性的设想,在长征二号丙火箭的基础上,将箭体作为芯级,再在芯级周围捆绑4个助推器,从而把火箭低地球轨道的运载能力从2.5吨提高到9.2吨。这个想法得到了时任中国运载火箭技术研究院院长的王永志的支持,这枚火箭研制成功后,被命名为“长二捆”。1988年,“长二捆”正式立项,1990年7月16日首飞成功。此后几年,长征火箭型号的系列化研制逐渐走向了成熟,与“阿里安”“德尔塔”“宇宙神”等火箭一起成为世界商业卫星发射的主要工具之一。1992年8月14日,“长二捆”为澳大利亚发射“澳星”获得成功后,中国航天真正迈出国门、走向了世界。
1992年,载人航天工程启动时,航空航天工业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。担负起这一重任的正是“长二捆”的研制队伍。
一般的运载火箭对安全性要求不是很高,可用于载人的火箭,就必须在安全性和可靠性方面有极高的要求。为此,王永志多次来到自己工作了几十年的中国运载火箭技术研究院,与运载火箭系统的“两总”商讨载人火箭的设计问题。他第一个找到的就是曾经的老搭档、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载人火箭系统的首任总设计师。
1933年出生的王德臣是一位杰出的火箭专家,先后担任远程运载火箭、长征二号、长征三号甲、长征二号捆绑式火箭的总设计师,特别是在长二捆运载火箭发射“澳星”等任务中,发挥了极为重要的作用。
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。”
“总指挥部把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。
王德臣像是早就想好了似的,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。”
“哪两个系统?”王永志问。
“一,故障检测系统;二,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,自行诊断,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,这样就可以保证航天员的安全。”
王德臣说这番话时,王永志的思路拐了个弯儿,他想起不久前,苏联航天员斯特列洛夫曾经告诉过他的一段往事。
在斯特列洛夫执行一次任务的前一天,他的母亲似乎有了预感,心里掠过一丝不安,她对儿子说;“明天能请个假,不上天了吗?”斯特列洛夫安慰母亲说:“妈妈,这是国家的任务,哪儿能不去呢?火箭和飞船都很安全,不会有事的,您就放心吧!”第二天,斯特列洛夫按原计划坐进飞船出征太空。谁也没有想到,母亲的担忧在发射的瞬间成了现实。火箭刚一点火就出现了故障,逃逸救生系统立即启动,将飞船弹起来,落在了几公里之外。惊魂未定的斯特列洛夫转过头时,发现火箭已经爆炸,发射场已是一片火海。
王永志想到这儿,就把这个故事告诉了王德臣。王德臣顿时明白了老朋友心里想说的话,人命关天,不可小视。他笑了笑说:“放心吧,火箭系统一定会保质保量地完成任务。”
临别时,王永志转回身来再次嘱咐王德臣,“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是0.97,航天员安全性指标为0.997,并要求逃逸救生系统在故障发生后的2秒钟之内必须将航天员带离危险区。
科学试验没有百分之百,出现问题在所难免。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控制在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。如果中国的载人火箭能够研制成功,中国将是继美国和俄罗斯之后第三个拥有这种火箭的国家。
从1992年9月到1994年4月,是方案论证的阶段。按照工程总体的要求,用于载人飞行的火箭将是长征系列中起飞质量最大、长度最长、系统最复杂的火箭。王德臣提出要增加的故障检测诊断技术和逃逸技术是一项世界级的难题。设计之初,王德臣曾想过走一条捷径,向俄罗斯的航天同行们咨询一下,从他们的经验中获得一些灵感。但俄罗斯专家的回答却是,“咨询可以,但先交100万美元的咨询费”。他们甚至断言,“中国的生产和工艺根本无法达到这些技术要求”。他们还说,“只要中方肯出资,俄方可以直接提供图纸和产品”。这样傲慢的合作条件,王德臣想都没想就断然拒绝了,他选择了一条更为艰辛的自力更生、自主研制的道路。
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。长征火箭对有着丰富研制经验的黄春平来说并不陌生,但因为要载人,他意识到,这是一项“不能失败的事业”。
故障检测处理系统和逃逸救生系统是载人火箭所独有的技术。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”。火箭飞行中随时都会出现故障,故障的种类还多种多样。判断火箭故障,就像医生诊断病情一样需要一系列的参数和判断逻辑,既不能漏也不能误。漏判了,火箭有可能发生爆炸,航天员的生命安全也就无法保证;误判了,导致发射失败,损失更是难以估量。美国和俄罗斯都是通过几十次的试验才总结出来一套参数。我们怎么办?也生产很多枚有各种故障的火箭进行试验?黄春平知道,不仅时间不允许,而且财力也达不到。唯一的办法,就是走自主创新的设计之路。
国内外发生的火箭故障无法满足载人火箭的故障模式,不能提供合理的参数。黄春平和王德臣就带领刘竹生、荆木春等一批研制人员,自己考虑了300多种火箭故障模式,分析什么情况下出现故障、会出现什么样的故障,再研究应该采取什么样的对策。这种区分并不容易,很难达成共识。向老专家请教,他们的意见也不一致,有的主张多用,有的主张少用。当时,黄春平、王德臣和荆木春满脑子都是参数和问号。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。4年时间过去了,经过反复分析比较,综合各种意见后,荆木春确定选用包括火箭综合性能如飞行姿态、加速度以及火箭各级之间分离等大量参数,总结出了发生概率最高的11种故障,并进行了上万次的飞行仿真试验,最终确定了合理的判据。思路理清了,解决起来倒相对容易得多了。不久,荆木春他们就有效地解决了“该逃时不逃”和“不该逃时误逃”的技术难题,实现了可靠逃逸。
尽管火箭的可靠性达到了97%,但仍存在3%的危险,对待这个问题,火箭的设计者必须要保证箭上的逃逸系统在点火前15分钟起就开始待命,保证可以随时执行命令。逃逸救生系统的逃逸塔在飞船的顶部,从远处看像是火箭上安装的一枚避雷针。火箭起飞前1800秒到起飞后一段时间,万一火箭发生故障,逃逸系统的固体发动机将按照指令点火,迅速将飞船返回舱和轨道舱一起带离危险区,当到达安全位置时,飞船返回舱再与逃逸飞行器分离,返回地面。
如果火箭正常的话,在抵达39公里的高空时,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,发射任务也会失败。因此,逃逸塔的适时分离和紧急启用,是火箭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。因此,对运载火箭系统的研制人员来说,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。
工程立项初期,研制人员曾想过参考借鉴国外的技术,而出于保密方面的原因,有关飞船逃逸系统的技术材料公开得很少。有中国专家去俄罗斯访问时,想参观一下他们的飞船,看看人家的逃逸系统究竟是个什么样子,却被委婉地拒绝了。研制人员没有死心,又想出一个办法,花钱从国外买一套飞船的逃逸系统,作为研究设计的参考。几经谈判后,俄罗斯同意以80万美元的价格卖给中国一个逃逸系统发动机的外壳。外壳运回研究院,满心欢喜的研制人员纷纷围拢过来,迫不及待地打开包装,可眼前的一切让他们如同被一盆冷水浇在头顶一样,失望到了极点。80万美元买回来的竟是30年前“联盟号”飞船的逃逸发动机的外壳,技术过时不说,里面还什么东西都没有。黄春平和王德臣有些哭笑不得,依靠外援的路子彻底被堵死,他们唯一的选择只有自力更生,背水一战。
那时,研制人员所知道的有关飞船逃逸系统的资料,只有在一本画报上看到的国外飞船逃逸系统的照片。就是从这张照片开始,他们慢慢地摸索着走进了这个领域。可是,逃逸系统不仅技术新、难点多、协调关系复杂,光是需要进行攻关的关键技术就有十多项。火箭故障模式、故障判别准则、纵向解锁技术、整流罩上下支承机构、栅格翼阻尼器技术及栅格翼加工工艺等都有很大的难度。
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,1994年之内,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,通过了总体及分系统的方案论证。由于航天部第四研究院曾提前开展了对飞船逃逸系统的研究,研制载人飞船逃逸系统固体发动机的任务就落在了他们肩上。
逃逸塔是个新事物,像王德臣这样搞了大半辈子火箭的研制者们都没有见过它的庐山真面目,更不要说了解它的构造和材料了。但尽管这样,他们还是勇敢地开始了艰难的探索。
逃逸塔最难的技术在于逃逸发动机的设计。逃逸发动机怎么工作,设计成什么结构,用什么材料,怎么推进……这些问题困扰着中国航天动力技术研究院逃逸系统总指挥王士宝和总设计师陈立学。
逃逸发动机结构特殊,可靠性要求高,技术难度大,是载人工程关键技术之一。按照载人火箭的设计要求,逃逸塔安装在飞船的顶部,这就决定了逃逸发动机的特殊结构。普通的发动机一般都是后置喷管,依靠尾部喷射的巨大力量,推动飞行器前进。而逃逸发动机却是前置喷管,20个不同类型、不同用途的喷管与发动机轴线分别成30°、20°夹角,这样的设计在国内是没有先例的。同样,逃逸塔要在发生故障的瞬间迅速启动、快速飞离,这对逃逸发动机的总体设计带来很高的技术难度。同样,在推进剂的选择、燃烧室的设计、装药设计、工艺设计、机加精度、绝热结构等方面,也都有特殊苛刻的要求。
困难像一座高不可攀的大山,摆在了王士宝和陈立学的面前,但为了航天员的安全,再难、再险也不能退缩。在王士宝、陈立学的带领下,设计人员夜以继日地对国外逃逸火箭技术进行研究,分析逃逸系统固体发动机设计上的独特性,并结合我国的技术加紧研制。固体燃料火箭发动机室主任设计师刘霓生和同事们顽强攻关,用了两年时间就设计出了逃逸发动机的总体技术方案——采用前置喷管的特殊结構、使用复合固体推进剂做燃料。因为是第一次,这个方案行不行,谁也说不清。发动机生产出来后,王士宝和陈立学决定安排一次热试车来检验一下。
1995年4月19日,王士宝、陈立学和刘霓生钻进了秦岭深处,进行逃逸系统发动机的第一次热试车。发动机点火后,烈焰升腾、轰鸣如雷,寂静的山谷被撼动了。然而,时间仅仅过了1.6秒,3000多度的高温就把4个前置喷管的弯管全部烧穿了,几分钟后,整个发动机的躯壳便被彻底熏黑,四射的火焰将试车台烧成一片火海,试车失败了。
虽说科学试验没有百分之百的成功,失败了也不要紧,可以从头再来,但有一个事实却让王士宝他们不得不面对,此时,距离上级要求的逃逸发动机进入正样研制的时间只剩下不到5个月了。中国航天动力技术研究院连夜召开故障分析会,临时成立10多个工艺技术攻关小组,从设计、材料、工艺、技术等方面多管齐下,争取在100天内攻下难关。
一场“百日攻关战”在古都西安悄然打响。
查找问题首先从被烧坏的主发动机躯壳开始。这个躯壳的内壳体是个异形面,燃气流场复杂,工作环境苛刻,特别是绝热层的成型工艺非常困难,成为攻关的重点。负责这项工作的工艺员王庆利是王士宝的女儿,这时恰好怀有身孕。但用于隔热层的复合材料是有毒的,加上工作环境恶劣,年轻力壮的工人干久了都会感到不适。在这样一个关键时刻,王士宝虽身为总指挥,但却无法让女儿退出战场,他唯一能做的就是加班时带上几个苹果,悄悄地交给女儿,叮嘱一句,“水果能除毒”。
就是这样,王士宝、陈立学带领攻关组的成员遴选了上百种材料,做了上千次试验,测试了上万个数据,终于在规定的时间里找到了新的绝热材料和成型工艺。
4个月后,重新生产的逃逸发动机矗立在了试车台上。王士宝生怕出现什么闪失,压力比第一次还要大。按照设计要求,发动机在试车台上至少要坚持3.2秒才算合格。点火后,时间每一秒都过得特别漫长,3.2秒过后,发动机躯壳经受住了考验。王士宝刚要松口气时,检查人员却报来一个让他再次紧张起来的消息。发动机躯壳虽然合格了,但高压高温的燃气却在喷管内部转了150度的弯,对喷管造成严重烧蚀,露出了包裹着的金属。如果这个问题不解决,发动机的可靠性就无从谈起。
王士宝和陈立学再次带领大家在这场攻坚战中冲锋陷阵,目标直指绝热材料。承担此项任务的航天四院43所试验了多种绝热材料,直到找出最合适的材料。之后,他们又在发动机的喷管里安装了新的绝热套,进一步完善了工艺。
1997年4月下旬,逃逸发动机进行第三次试车。点火后3.2秒,烈焰之下的发动机一切正常,绝热层也没有出现丝毫问题。试车成功了!发动机的震动刚刚停下来,陈立学就跑到试车台前,扑在发烫的发动机上面,一遍遍地抚摸着,一行老泪喷涌而出,对已经奋战了几百个日日夜夜的设计人员们大声喊道:“发动机不热,我们成功了!”
不久后,俄罗斯的专家来航天四院讲学,看到这台逃逸发动机后惊讶地说:“真没想到你们的发动机质量这么好,竟然比我们的水平还要高。”
除了发动机之外,整个逃逸系统的结构生产都很复杂。故障模式及其数据仿真、整流罩、栅格翼成为当时攻关的瓶颈。
火箭发射时的振动与空气摩擦生成的热量,大气中的尘埃或飞行的鸟类等障碍物,都会給卫星或者飞船带来致命的伤害,所以,需要有一种外包装来保护,这种外包装就是整流罩。整流罩由两瓣组成,合拢后形成一个头部是钝圆的圆柱体,将卫星或飞船包裹在里面,安装在火箭的顶端。飞船的整流罩和卫星的整流罩有着明显的不同,既要具备卫星整流罩的功能,还要成为逃逸系统的承载结构,也就是说,这个外包装还得承重。因此,它的双重功能决定了设计难度异乎寻常,许多部件的设计和加工都成为难啃的硬骨头。在总设计师王德臣、副总设计师张庆伟的带领下,以年轻人为主体的研制人员开始了艰难的探索。
1996年,第一个整流罩生产出来时,竟然超重了900多公斤。这就意味着,一旦火箭遇到紧急情况需要启动逃逸时,这么重的整流罩会让逃逸系统无法启动。解决这个问题的唯一办法就是给整流罩“减肥”。可如果减重,从零件生产、材料供应到工装的更改都需要大量的时间。然而,牵一发动全身,后续的试验计划早已排定,时间又拖延不得。怎么办?
两次火箭发动机试验失败的画面浮现在黄春平的眼前,心里不禁掠过一丝寒意,他和两总班子毫无争议地拍了板,调整计划,重新设计。
火箭研究院总体设计部的年轻科研人员接下了这个任务后,决定采用两种对策,一是深入查找“超重”的原因,通过设计进行减重。为此,他们对整流罩全身一步步地搜索,检查到底是哪个环节存在问题,然后由总体提出条件,相关部室重新计算,以满足逃逸指标;第二个办法是加强对整流罩的试验,通过结构进行减重。结构减重的唯一依据只能是建立在详细而准确的强度分析的基础上,经过两个月的分析,总体设计部取得了准确的强度计算结果,拿出了有效的“减肥”方案。但尽管减重见了成效,可整流罩的强度余量还很大。黄春平决定,两个对策双管齐下,为整流罩再次减重。这一轮的减重过程中,直到把整流罩的蒙皮减去一定的厚度之后,才完成了400多公斤的减重任务,剩下的分量也将由火箭发动机来消耗,最终实现“减肥”目标。
对于火箭总装厂来说,承担这种结构的整流罩生产,也是开天辟地第一次。看似简单的壳体却比飞机舱体结构还要复杂,不少部位的工艺状态都不稳定,精度要求极高,面对这个必须高质量完成的任务,火箭总装厂的设计人员和工艺人员在现场集体攻关、反复论证,拿出最佳方案,工人们消化技术、摸索规律,闯过道道难关,创造了1个月完成3个月任务的纪录。其中解锁机构的设计及加工工艺,还弥补了我国在这一领域的技术空白。
在长征二号F火箭的技术攻关中,难度最大的是栅格翼的研制。折叠在整流罩上的4块栅格翼是逃逸系统的重要结构,也是保证逃逸飞行器稳定性的特殊装置。如同羽毛球一样,因为羽毛起了稳定作用,无论怎么打,落下来都是尾部向下。火箭飞到高空,需要启动逃逸系统时,必须保证逃逸飞行器的稳定性,不能让航天员在里面翻滚或打转。所以,设计人员就在整流罩上安装了4片起到“羽毛”作用的栅格翼。火箭启动逃逸救生系统时,栅格翼打开后,可以将逃逸飞行器的气动力压心后移,从而实现稳定飞行。相反,如果没有它,逃逸系统就会失去平衡。可以说,栅格翼是决定逃逸能否成功的又一项关键因素。
对于仅在图片上见过栅格翼外形的设计者来说,研制之初根本不知道从哪里下手。为了设计栅格翼,中国运载火箭技术研究院主任设计师肖耘和同事们专门赴俄罗斯莫斯科航空学院学习培训。在宽敞的俄式古典风格的教室里,金发碧眼的教授们讲解了载人飞船的性能、作用和飞船系统的大致结构,但每当讲到最关键的技术时,课程就结束了,特别是对控制栅格翼角度的关键部件“阻尼器”,更是讳莫如深。“取经”的路被堵死了,火箭系统副总设计师张庆伟曾想从国外直接引进图纸和技术,但对方开口就要上千万美元。张庆伟清楚,上千万美元我们根本出不起,于是决心带领大家背水一战,创造奇迹。
肖耘和同事们面临着两大难题,一是研制出高可靠性的栅格翼“阻尼器”部件,以控制栅格翼准时打开,并开启到最佳角度;二是设计出最佳方案并找到最佳的耐热材料,避免栅格翼被逃逸发动机3000度的高温熔化。
苏联在研制发射“联盟号”的火箭时,仅攻克栅格翼阻尼器这道难关就用了5年时间。可我们没有这么长的时间。于是,肖耘他们不分昼夜,废寝忘食,经过大量试验,研制出了自动起爆的阻尼器。同时,火箭系统成立了一个全国性的攻关组,由庄逢甘主持,吸收国内研究机构和大学的专家共同参与设计、出谋划策。按照庄逢甘的建议,肖耘尽量把栅格翼的位置与逃逸火箭发动机的喷流错开,还给栅格翼涂上了新型的防热材料和防烧蚀材料。
为确保栅格翼的研制万无一失,除了进行常规的部件试验外,张庆伟还在哈尔滨飞机制造厂建立了一套栅格翼展开试验装置,模拟各个飞行阶段的外部载荷进行展开试验。在哈尔滨做试验时正逢寒冬,张庆伟每天和技术人员骑着自行车往返于住地和工厂之间,和两位老师傅一起设计了专门的焊枪,反复进行试验,最终取得了成功。
还有,由于栅格翼的每个方格空间都很小,手伸不进去,传统的手工氩弧焊无法进行焊接,只能采用直流氦弧自动焊的方法。尤其是翼片与边框厚度差大,不仅焊接困难,而且变形大。针对这个国内航空、机械部门的权威和厂家都感到棘手的难题,火箭总装厂副总工程师孙忠绍带领由工艺人员和工人组成的攻关组,在经历了前期技术准备及缩比件焊接工艺摸索之后,终于突破了自动焊接工艺的关键技术,焊接成型了1∶1的栅格翼试验件,达到了国际水平。
设计上的问题解決后,栅格翼的所有部件全部定型,进入了生产加工阶段。栅格翼的加工难度大,工装复杂,经历了不锈钢、钛合金和铝合金三种方案的技术攻关后,最终选定了由翼片焊接的铝合金方案。栅格翼的翼片材料很薄,焊缝数量多,极易产生变形。张庆伟带领技术人员几乎跑遍了国内焊接技术领域的所有厂家,才最终选定了加工厂,生产出了符合工程要求的合格产品。
被称为运载火箭心脏的发动机系统的研制任务,落在了航空航天工业部067基地。能不能按时拿出质量可靠的发动机系统,成为事关这个重大任务能否如期完成的关键。
1992年底,067基地的工程技术人员正式投入到载人航天火箭发动机的研制中。1993年研制工作全面展开后,困难接踵而来。由于火箭系统必须满足高可靠性要求,发动机的研制条件更苛刻,要求更高,而可靠性每增长一分,系统的技术要求也会相应提高。承担设计任务的技术人员翻阅了大量的资料,总结了发动机在以往生产、试验和使用方面的经验,进行了故障模式和影响分析,发动机总体、推力室、涡轮泵、阀门、火工品等分系统分别提出了各个组合件的设计方案和试验验证方案,评审通过后,成为载人火箭发动机研制的基础文件。
1993年9月,载人航天发动机的设计图纸陆续到达生产厂家。协作范围如此之广,技术难度如此之高,新技术如此之多,研制周期如此之紧,参考资料又如此缺乏,对生产厂家提出了严峻的考验。但每一家工厂、每一位总师、每一个技术员都有同一份“决不让宇宙飞船的航程在我们厂误点”的决心,他们相信,创造来源于技术和知识的储备;智慧总是在最困难的时候迸发;成功来源于精益求精的科学态度。
1994年12月,秦岭深山升腾起了绚丽的彩虹,载人航天火箭发动机的第一次试车获得成功。为保证发动机的绝对可靠,067基地对发动机试验提出了更恶劣、更苛刻的要求,主动加大推力、延长时间,让试车得以充分考验,确保万无一失。为此,他们在试验台上,把发动机的工作时间延长到了比实际飞行多一倍、甚至几倍,让每一个零件的耐温、耐压、耐磨等性能都能受到更加严格的考验,取得最为准确的数据。正是有了这样精益求精、主动加压的工作态度,1996年9月20日,火箭发动机高空模拟试车一遍成功,型号研制迈入了新的高度。
1996年是载人火箭初样研制的关键一年。在这一年中,火箭系统取得了突破性的进展:完成了箭体结构静力试验件生产并交付试验;完成了振动箭生产及总装,上塔开始全箭振动试验;箭上电气系统开始综合试验;活动发射平台通过技术设计评审并投入生产。经过五年的论证、设计和研制后,初具雏形的新型运载火箭被命名为“长征二号F”。
按照工程计划,长征二号F火箭将在1999年进行首飞,黄春平和王德臣满怀信心地期待着这一天的到来。然而,他们等来的却是“噩耗”频传——
2月15日,长征三号乙运载火箭发射国际通信卫星,点火起飞后2秒,飞行姿态出现异常,火箭低头并偏离发射方向。22秒后,火箭头部坠地,撞到离发射架不到2公里的山坡上,星箭俱毁;8月18日,长征三号运载火箭在发射中星七号通信卫星时,三级发动机二次点火发生故障,卫星未能进入预定轨道,致使发射失败。
这两次发射失利使中国航天的国际声誉受到重创,惨痛的教训将火箭研究院逼到了“失败不起”的境地,也给黄春平和王德臣敲响了警钟。此后很长一段时间里,他们都是沉默寡言,不露一丝笑容,但最终还是从心灵的煎熬中挺了过来。好在长征二号F型火箭还没有首飞,还有机会让他们查找不足,强化质量。
航空航天工业部组织的初样转试样评审即将进行,动员会上,黄春平和王德臣并非杞人忧天地告诫大家,要是火箭存在隐患,尽管目前没有发现,但迟早有一天会暴露。混过的只是“这次”,却逃不过“长久”。
在进行电气系统综合试验和匹配试验、控制系统半实物仿真试验、电气系统单机可靠性增长试验和电磁兼容试验、箭体结构静力试验和全箭振动试验等大型试验过程中,从设计、生产到元器件的采购和外协,无论哪一个环节,除了自己严把质量关之外,王德臣还请人来“挑毛病”。面对有些同志的不理解,他提醒设计人员说:“只有拿着这个‘双面放大镜,才能把隐患消除在萌芽状态。”王德臣的这一举措让准备工作进行了很久。评审结束时,除了逃逸整流罩外,火箭的其他分系统全部通过了评审和复审。
1998年10月,国庆节还没有过完,中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院的试验队伍就整装出发了。研制中的试验飞船、火箭整流罩、逃逸塔相继被运到了酒泉卫星发射中心。中国航天史上的第一次零高度逃逸救生飞行试验即将开始。这次试验是模拟运载火箭在发射台上出现故障时的逃逸飞行试验,也是对新研制的故障检测和逃逸系统所做的一次全面真实的考核,试验的成败直接关系到载人航天工程的总体进度。
火箭整流罩的对接调整、栅格翼安装、逃逸塔对接以及相应的测试、检查等工作完成后,王永志来到发射场和发射场总指挥张建启一起主持这次试验。
10月19日,零高度逃逸救生试验正式开始。“五分钟准备!”指挥员的口令回荡在空旷的戈壁。
“10、9、8、7……3、2、1,点火!”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王永志和参试人员面前。震天动地的轰鸣声中,火箭逃逸飞行器腾空而起。
“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,发动机喷射出耀眼的火焰,在大漠长空中划出了一道漂亮的烟云,整流罩一双巨大的栅格翼随即打开。不一会儿,分离出来的返回舱上空跳出一把引导伞,飞行到1900米的高空时,飞船返回舱与逃逸飞行器分离,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……
1999年6月,经过长达7年的努力,长征二号F火箭的研制到了瓜熟蒂落的季节,露出了它的容颜,高58.3米,最大直径8米,起飞重量480噸,可将8.5吨的有效载荷送入近地轨道。
万众一心造神舟
在思考载人航天这艘巨轮怎样起航时,在总设计师王永志的心目中,关键是飞船。的确,在工程的七大系统中,技术最复杂、创新性最强、跨越性最大的非载人飞船系统莫属。别看与返回式卫星相比,载人飞船只是多了“人”,但两者的构造却大相径庭。人类在太空中生活工作直到安全返回地面,要求飞船具有密封的舱体结构、完善的生命保障系统、精准的制导导航与控制技术和比卫星更加安全的返回技术。
加加林乘坐的“东方号”是苏联研制的第一艘载人飞船,只能乘坐一名航天员;后来又研制了可以乘坐三人的“上升号”飞船,算作第二代;在此基础上完善改进的“联盟号”飞船就是最新的第三代。著名的“联盟T”“联盟TM”载人飞船都是“联盟号”的改进版。美国的首位航天员谢波德乘坐的“水星号”飞船是美国第一代载人飞船,后来又研制了“双子星号”和“阿波罗号”登月飞船。美苏两国的载人飞船相比,苏联的技术更为成熟和先进。
我国开始研制载人飞船的时候,苏联的“联盟TM”飞船刚刚问世不久,王永志把目光对准了这艘世界上最先进的飞船。
由哪个单位承担飞船的研制,关系到整个航天工业的生产布局和任务分工。当时,航空航天工业部所属的两家承担航天器研制的研究院的热情都很高涨,但意见分歧却很大。中国空间技术研究院以承担空间技术研究任务是本分为由,当仁不让;上海航天局则认为,他们平时研制任务少,可以集中精力来研制飞船。根据这两家单位的实际情况,航空航天工业部最终决定,飞船本体的总体设计和总装工作由空间技术研究院承担;飞船的各分系统由空间技术研究院和上海航天局共同承担。
大的原则定下来之后,飞船的13个分系统又进行了更加细致的分工。推进舱和推进、电源及测控通信分系统的主要仪器设备由上海航天局承担;环境控制与生命保障和乘员分系统由507所承担;其他系统由空间技术研究院承担。
飞船系统研制抓总的任务,落在了中国空间技术研究院。从东方红一号开始,这个研究院研制发射了60多颗不同类型的人造卫星,形成了返回式遥感卫星系列、东方红通信广播卫星系列、风云气象卫星系列、实践科学探测与技术卫星系列、地球资源卫星系列和北斗定位卫星系列。
上海航天技术研究院又称航天八院,我国第一枚探空火箭、风暴一号、长征二号丁、长征四号和长征四号乙运载火箭等,均由他们总负责研制。
1992年,飞船研制的任务下达后,王永志对他的老朋友、中国空间技术研究院院长戚发轫说:“飞船是整个工程的核心组成部分,难度最大,又没有基础和经验,你们的担子最重。”戚发轫是著名的航天专家、空间技术专家、中国工程院院士,自1957年大学毕业进入航天领域的60多年间,不仅作为主要技术负责人之一参加了“东方红”系列卫星的研制,还亲自组织了几十次的卫星发射任务。这一年,戚发轫刚刚卸下东方红三号通信卫星总设计师的担子,说心里话,他割舍不下与他一起栉风沐雨的卫星研制队伍和正处在辉煌阶段的卫星事业。如果离开了心爱的卫星,再接过载人飞船的重担,院长和飞船总设计师两副担子一肩挑,责任和风险都前所未有,在新的领域还能否像曾经那样发起有力的冲锋?
实事求是地说,对于这个任命,戚发轫最初并不积极。在这一点上,他与那些几十年一直搞飞船的专家完全不同,尽管他也有过飞天的梦想,但当飞船的总设计师却是他始料不及的。年近花甲的戚发轫已到了颐养天年的年纪,如果再到一个新的领域去拼搏,有可能抵达事业的高峰,但也有可能跌入人生的低谷。更何况,载人飞船白手起家,不仅周期长、要求高、难度大,还可能会面临难以预料的风险。
首先是研制队伍的组建问题。工程启动之际,正是中国市场经济兴起之时,不少航天人被席卷进了商海,人才流失相当严重。就连戚发轫自己亲自指导的两名博士生,他也未能说服他们继续留在航天系统打拼。其次,是研制经费不足的问题,尽管中央的拨款有所增加,但与欧美国家类似项目相比还有很大差距,而当时国内已开始市场经济转型,协作单位越来越多地面临来自市场的压力。再次,就是集智攻关的问题。搞载人飞船必须解决三大难题:一是“上得去”,二是“待得住”,三是“下得来”。为此,必须攻克18个重大技术难关,破解上千个技术难题。而且,工程指挥部要求飞船必须做到绝对安全。这意味着载人飞船的13个分系统、300多根电缆、600多台设备、8万多个接点、50多万行软件程序,还有300多家协作单位,哪一个都不能出现问题,其难度之高可想而知。
堆积如山的困难摆在了戚发轫的面前,他的心里充满了压力和顾虑,但比压力更沉重的是为国争光的责任,比顾虑更强烈的是为国图强的赤诚。既然国家把重任交给自己,就应该竭尽全力,59岁的戚发轫服从了组织的安排,走马上任了。
接过任命书的那天,戚发轫想起了几年前随中国航天代表团访问俄罗斯时,在著名的拜科努尔航天发射场观看“联盟号”飞船发射的情景。40米高的火箭整装待发,3名航天员即将进入飞船时,飞船的总设计师走到身旁,当着他们的面在“发射任务书”上郑重地签下自己的名字,然后与航天员一一握手道别,自信地对他们说:“放心地去吧,没有把握,我不会送你们上天的。”这一幕,给同样是飞船总设计师的戚发轫留下了难以忘怀的印象。他一个劲儿地问自己:将来为中国的航天员送行时,自己也能那样的坦然吗?一个承诺在这位老科学家的心里呼之欲出,只要能保证航天员的安全,花再大的代价也在所不惜。
在中央批准的方案中明确,中国载人航天从飞船起步。这就说明飞船系统在七大系统中是焦点也是中心。所以,工程总体开会时,戚发轫总会听到各级领导讲,希望飞船不要拖工程的后腿……每到这时,戚发轫虽然什么话都没有说,但心里却很不是滋味,可由于技术没有突破,自己又无法承诺什么。从此,戚发轫一直憋着一股劲,相信总有一天会用事实说话的。
在多年的卫星研制中,戚发轫有个经验,研制一个新的飞行器,必须要有一个好的技术方案,否则,一切无从做起或者后患无穷。在主持飞船总体方案论证时,对于究竟要造一艘什么样的飞船,专家们的意见分歧很大。有的认为走俄罗斯的路子,按照“联盟号”飞船仿制;有的认为按美国的方式,参考“双子星号”飞船来设计。两种意见各抒己见,争论得相当激烈,这让戚发轫常常陷入两难境地。
那些日子里,戚发轫食不甘味、夜不能寐,在听取意见的同时,他静下心来研究国外载人航天技术的发展,渐渐地有了自己的思考。根据苏联和美国经验,从发射无人飞船到建立长期性空间站,历时30多年,都不可避免地走过一些弯路。因此,中国完全可以借鉴他们的经验,从而缩短自己的研制过程。这时,苏联的“联盟TM”飞船问世不久,戚发轫和王永志一样,也把目光锁定在了这艘世界上最先进的飞船上,而且思路越来越清晰。戚发轫觉得中国的飞船必须要有鲜明的中国特色,虽然起步晚,但起点要高,且一步到位。一个中国飞船的雏形在戚发轫的脑海中形成了,这艘飞船的总体构型应为“三舱一段”,即由推进舱、返回舱、轨道舱和一个附加段构成。推进艙是飞船在空间运行及返回地面时的动力装置,在飞船的最下部;返回舱是飞船起飞、飞行和返回过程中航天员乘坐的舱段,也是飞船的控制中心,在中间;轨道舱是航天员工作和生活的场所,装有各种实验仪器和设备,在上部;附加段也叫过渡舱,是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的,安装在飞船的最前端。返回舱返回后,轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室,继续留在轨道上工作一段时间。推进舱则成为太空垃圾,最终焚毁于大气层中。
戚发轫的这个“三舱一段”的方案中,轨道舱留轨利用是一大特色。俄罗斯飞船的轨道舱与返回舱分离后,一般是废弃不用的。而戚发轫觉得把它废弃有些可惜,于是为它加装了一对翅膀,也就是太阳能帆板,用来采集太阳光,把光能变为动能,为空间科学实验或对地观测提供能源。
戚发轫把他的这些想法一一写进了《载人飞船技术经济可行性论证报告》,并以“白皮书”的形式上报工程总体,获得顺利通过。
“飞船搞三舱构型,要体现中国特色,体现技术进步,就必须要创新,实现跨越式发展。这么高的起点给你们的研制带来了很大的难度。” 在进入方案设计阶段时,王永志的这番话为载人飞船的研制指明了方向、标定了起点。
高起点也必然带来高难度,一道道拦路虎摆在了既是院长又是总设计师的戚发轫面前。戚发轫对研制人员说,困难面前不能退缩,解决一个就前进一步。
尽管已经掌握了许多先进的技术,也积累了丰富的经验,但研制载人飞船毕竟与研制卫星有许多的不同,最大的区别在于载人,有人就必须以保证航天员的生命安全为第一要求。要达到这个目标,首先要攻克五大技术难题:一是要有环境控制和生命保障系统,为航天员提供适宜的温度、湿度和氧气浓度;二是要有应急救生系统,保证航天员在任何时候都能逃逸救生;三是要有仪表与照明系统,通过这个系统,航天员可以监视飞船的飞行状态,并在必要时通过手动操作控制飞船的状态;四是要有高性能的测控通信系统,保证航天员能及时与地面进行语音通话及舱内图像向地面传输;五是航天员乘坐的飞船返回舱在返回时受到的再入过载和着陆时的冲击力不能太大。
头一次制造飞船,需要解决的技术难点问题实在太多。戚发轫将这些难题分解成“载人飞船返回控制技术”“返回舱舷窗防热与密封结构技术”“主用特大型降落伞技术”“着陆缓冲技术”等17项关键技术,把总体任务分解成13个分系统,带领工程技术人员一步步地摸索,一点点地攻克。
载人飞船构型复杂、系统复杂,一艘飞船所用的元器件有10万多只、电缆网节点8万多个、计算机软件语句几十万条,哪怕是一点不起眼的小东西,也都让设计人员历尽千辛万苦。戚发轫提出的目标是,必须保证每一个焊点、每一根导线、每一行语句都不能出错。为此,他们专门安排了大量的可靠性与安全性试验。为考核飞船各舱段之间能否正常、安全地解锁分离,仅返回舱与推进舱连接面的火工锁,就进行了100多次可靠性试验和10多次舱段之间的解锁分离试验;为考核飞船关键电子设备的可靠性,对60多件关键电子设备进行了综合应力试验,达到了连续工作100小时无故障。
飞船“上得去”的问题解决了,“回得来”的问题也同样不容忽视。飞船返回舱的重量有3吨,着陆速度却不能超过3米/秒,还必须充分考虑到零高度、大气层内、大气层外等各种故障模式下的安全回收。这个难题像一个沉重的秤砣,压在了戚发轫和研制者的心上。
1993年开始,回收着陆分系统的技术人员成功地研制出了特大型降落伞、着陆缓冲装置以及程控器等上百件关键设备。载人飞船用的特大型降落伞是世界上最大的,仅主伞面积就有1200平方米。整个伞铺在地上有半个足球场大,叠起来却只有一个提包大,仅重90多公斤。降落伞用特殊的纺织材料制成,薄如蝉翼却非常结实,它的缝制也很特别,是由1900多块像鱼鳞一样的小布拼接而成,每块布的四边都用横竖两个方向的加强型编织袋缝牢,可以抵抗强烈的撕扯力。做伞的布料经过防灼烧处理,能够耐受400℃的高温。伞绳的材料也是特制的,直径比鞋带还细,却能承受300多公斤的重量。飞船降落时,近百根伞绳足以拉动3吨多重的飞船。
1994年底,正值天寒地冻时节,为了考核降落伞的性能,回收着陆分系统的技术人员来到陕西空军某基地进行第一次降落伞空投试验。试验开始后,飞机很快飞到了预定高度,飞行员按照预定的速度将模型投向地面。可眼前的景象却让所有在场的人失望了,减速伞和主伞都没有涨满,返回舱模型以超常的速度直接砸在地面上,空投试验失败了!
这次失败带给研制人员的精神压力非常大,他们原本是想等试验成功后,好好过个新年的。虽然希望落空了,但他们却丝毫没有气馁。返回北京后,一天都没有休息,就立刻投入实验室,改进设计,重新包伞。他们1995年的春节就这样在岗位上的日夜奋战中度过了。当人们还沉浸在阖家欢聚的团圆时刻时,他们却顶着刺骨的寒风又向试验营地进发了。这一次,空投试验获得了圆满成功。
尽管试验获得了成功,但现场工作人员却在返回舱中闻到一股异味,这一现象立即引起了戚发轫的警觉。经过检查,一个可怕的问题暴露了——舱内有害气体超标!戚发轫立即组织飞船总体与有关系统人员检查有害气体的来源。经过多次分析试验,最终查出问题出在舱内的多种火工产品上,是它们工作时产生的气体泄漏到返回舱内。
这是个事关航天员生命的问题,必须立即解决,否则将来会直接威胁航天员的生命。戚发轫带领大家做了无数次的试验,想了各种各样的办法,最后采用大禹治水的办法,先“疏”后“堵”,还新研制了一台有害气体过滤器,直到把有害气体全部排出舱外,消除了隐患。
这件事情之后,戚发轫要求设计人员,必须以严谨科学的态度来对待疑点、消灭疑点,凡是能预想出来的可能出现的问题,都要千方百计地去发现、去寻找,虽然这种发现和寻找有时像大海捞针,但決不能放弃。
有人提出,“火箭升空到一定高度,结束工作该与飞船分离的时候,万一分不开怎么办?”针对这个问题,飞船上增加了一项能保证航天员手控发送分离指令的功能。可这个指令要从飞船送到火箭上,就需要有独立的电源,这不是飞船系统可以独立解决的,还需要得到火箭系统的支持。有没有必要增加这个功能呢?火箭为什么要接收飞船的指令?当一些人带着抱怨的情绪议论纷纷的时候,戚发轫却不改初衷,“只要能保成功,保航天员安全,我们就一个字,干!”戚发轫亲自找到38岁的火箭系统副总指挥张庆伟请求支持。毕竟船箭相连,张庆伟给了戚发轫很大的支持,同意火箭接收飞船的指令并按要求设置一个独立电源。
1995年6月28日,航天界的领导和专家们经过两天认真而热烈的论证,宣布了一个令戚发轫无比欣慰的决定:飞船从设计阶段进入到工程实施的初样研制阶段。
1996年9月,第一艘无人初样飞船开始了桌面联试。这是飞船的各分系统产品进行的第一次电性能设备联试,共有600多台设备、300多根电缆、8万多个电缆网节点、20多个计算机软件模块参加了此次联试。经过200多个日日夜夜的苦战,联试获得成功。这次的成功,验证了飞船方案设计的正确性,可以投产了。
当时,国外曾有人说中国的飞船照搬了他们的东西。后来,王永志应邀去俄罗斯参加纪念加加林上天40周年的活动,回到他的母校莫斯科航空学院接受“荣誉博士”称号和“杰出毕业生金质奖章”。在这个仪式上,王永志用俄语做了一次报告,专门介绍中国的载人航天工程和飞船的特点。
与苏联和美国的飞船相比,中国飞船的特点非常鲜明。一是飞船的返回舱是世界上已有的近地轨道飞船中最大的,可同时容纳3名航天员;二是飞船具有留轨利用的特点,航天员返回地球后,留在轨道上的轨道舱可以继续工作半年以上;三是飞船的制导、导航控制和数据管理分系统具有三机容错能力,飞船能够“一次故障正常工作、二次故障安全返回”,提高了安全性;四是飞船上安装了自动和手动半自动两套应急救生装置,万一自动装置出现故障,手动半自动系统也完全可以应对;五是飞船上的许多系统应用了大量先进的计算机智能管理系统……
王永志的报告刚一做完,他当年的老师米申院士就站起身来,大声对俄罗斯的航天专家们说:“你们都听到了吧,中国飞船不是‘联盟号,中国飞船就是中国飞船!”米申的这个声明引起了世界航天界的轰动,因为他当年就是“联盟号”飞船的总设计师。
1996年深冬的一个周末,一辆深黑色的轿车行驶在虹桥机场前往上海航天局的公路上。坐在车上的载人航天工程副总指挥、国防科工委副主任沈荣骏眉头紧锁,心事重重。
1992年,载人航天工程立项时,第一艘试验飞船争取1998年、确保1999年起飞的期限就已经确定,航天部门把这个承诺称为“争八保九”。
按照这个进度,飞船系统应该在1998年生产出4艘用于地面试验的“样船”,一艘用于整船振动试验,一艘用于结构静力和分离试验,一艘用于在真空罐里做热平衡试验,一艘用于电性能测试。1999年,火箭系统应结合卫星发射,发射一枚试验性质的火箭。
尽管飞船系统的研制团队几乎每天都在倾全力攻克难题,但是,苦干了4年多之后,到了1996年年底,飞船的研制进度仍比原定计划晚了一年半。
沈荣骏掐指一算,照这样下去,1998年发射第一艘无人飞船已无可能。“争八”不可能了,要是不采取对策,甚至连“保九”都实现不了。如果“争八保九”不能按时完成,工作延长一年,就要多花幾个亿的资金。沈荣骏十分着急,本来经费就很紧张,再一拖延,从哪里来钱?完不成对中央的承诺,有什么脸再向中央要钱?可没有钱,工程就无法继续进行下去。所以,无论如何“保九”这个底线不能突破!
沈荣骏的态度之所以这么坚决,还有另外一个深层次的原因。工程开展的这几年,各系统都在默默无闻地搞科研,一直没有很明显的标志性成果,所以,国内针对载人航天的“下马风”刮得很紧,一些专家甚至提出了质疑。
听到这样的议论,沈荣骏对当时的国防科工委主任、载人航天工程总指挥曹刚川说:“载人航天工程立项上马,是中央的政治决策,现在如果要是停下来,可就把中国人的面子给丢光啦,简直是滑天下之大稽。就算是有天大的困难也得克服!”曹刚川听后,果断地表示支持沈荣骏的想法,“对,咱们继续干,最终让事实说话!”
沈荣骏算了一笔账,按照火箭系统的研制进度,1999年进行首次发射应该不成问题。目前最关键的是飞船的发动机没有着落。飞船没造好,火箭打什么就成了首要问题。有人建议,1999年先送一颗卫星上天,这样可以避免浪费资源。而那段时间,我国的航天事业正处于调整期,一时难以找到合适的卫星来试验火箭,这个方案只能放弃。也有人说,只要有个配重就完全可以验证火箭的性能,按照飞船的样子做一个同等重量的“铁疙瘩”打上去就可以了。这个方案虽然可行,但沈荣骏却久久没有做出批示。他心想,载人航天的核心是飞船,这样做其实只试验了火箭的功能。对于经费有限的航天事业来说,真是太浪费了。于是,沈荣骏拿起电话接通了戚发轫,开口便问:“如果研制一艘功能简单一些的飞船,借火箭发射的机会进行一次试验,能不能做到?”
这个问题出乎戚发轫的意料,按照以往研制卫星的惯例,火箭试验不需要卫星一并参加,所以飞船系统并没有安排类似的试验。
戚发轫的回答令沈荣骏失望了,“飞船的研制进度没那么快,按照模样、初样、正样的顺序,现在才是初样阶段,无论如何也搭不上这趟‘快车了!”戚发轫告诉沈荣骏,上海航天局承担了飞船“一舱两个半系统”的研制任务后,一直在按照时间节点加速推进,在完成两艘结构船、一艘热控船和一艘电性船生产的同时,还要全面完成任务书规定的单机和系统试验,工作量实在太大了。戚发轫从当时的进度分析,完成整船的所有工作再转入正样和发射第一艘飞船,时间可能要突破1999年。
“不行!‘争八保九是我们对中央的承诺,困难再大也必须按时完成任务。”沈荣骏回答得毫无余地。
戚发轫沉默了一会儿,发现沈荣骏没有结束通话的意思,便说:“飞船的短线在推进舱,推进舱的短线在发动机,只要上海航天局能完成推进和电源系统,飞船总体就能赶上。”
“好,我这就去上海!”沈荣骏不容置疑的口气让戚发轫焦急万分。
放下电话,戚发轫立刻把年轻的飞船专家、载人飞船系统的副总指挥袁家军和飞船系统的副总设计师王壮、郑松辉等人请来一起研究方案。听了戚发轫的话,大家都感到意外,但也觉得如果沈荣骏的想法能得以实施,可以带来两大好处。一是通过这样一个近期的、明确的目标,可以激发和调动研制人员的积极性;二是可以让飞船的主要分系统得到实际考验,尤其是飞船的许多技术细节在地面难以模拟,提前进行试验能尽早暴露问题,及时改进。然而,想法虽好,但试验飞船从何而来?
“大家说说吧,怎么才能保证试验飞船按时上天?”戚发轫的话说完了,但却无人应答,一时谁也拿不出有效的方案,只好选择沉默。
“既然打不了正样,不行就把初样电性船打上去吧!”这句话一出口,虽然声音很小,但却像一声平地春雷震醒了在场的每个人。
戚发轫抬起头,向声音传来的方向望去,提出这个建议的是一个刚刚参加研制工作不久的小伙子。
“戚总,我只是随便一说,您别生气”,看到戚发轫紧锁的眉头,小伙子怯生生地说。“不,你说得有道理。”戚发轫从思考中醒过神来,这才想起来,自己的眼神可能吓着小伙子了。他笑着站起身来,走过去拍了拍小伙子的肩膀,转过头来对袁家军说:“我看咱们就这样定了吧,用电性船改装,按时首飞。”
电性船简单地说,就是仅用于地面电性能测试的试验飞船,其性能与上天的飞船相差很大。将电性船改装成试验船进行发射,等于跨越了一个研制阶段,跳过许多要做的试验和程序。
这样的改装在中国航天史上从来没有过,风险无疑是巨大的。不少人为此犯嘀咕,这样的飞船上得了天吗?谁敢去冒这个险?即便是总设计师,戚发轫也不敢说他有多大的把握与胜算,但这可能是实现“争八保九”的唯一办法。
曾经沉寂的会场开始变得热闹起来,所有的话题都围绕着怎样改装飞船展开了。袁家军想了想之后,对改装细节提出了设想:“电性船上的很多电器都是非上天产品,必须进行正式上天条件下的环境试验。机械件、模拟件按照上天产品的要求,寻找替代品或重新投产。”王壮和郑松辉提出了一个建议,把飞船的13个分系统简化成8个,组成一艘最小配置的飞船。具体地说,就是结构与机构、热控、导航与控制、测控与通信、数管、推进、电源和回收8个分系统必须保留,其他的5个分系统可暂时不在这次考核之列。戚发轫最后决定采用这个建议,先确保飞船能上得去、回得来。
虽然13个分系统简化成8个,已经大大减少了工作量,但是改装任务依然很艰巨。飞船到底能不能上天,推进分系统是关键。飞船上大大小小的发动机有52个,飞船与火箭分离后,全部的动力都来自推进分系统,飞船返回地面时需要进行的“刹车”,也是由推进分系统提供动力。确保飞船推进分系统的可靠性历来是航天器安全指标里的重中之重。据统计,世界载人航天史上的重大故障中,推进系统占的比例超过四分之一。我们的飞船发射升空后,是否能稳定飞行、准确变轨,是否能按照地面的指令实施制动和返回,这些都取决于发动机的工作情况。所以,即便是改裝,推进分系统的产品也必须是货真价实的正样产品。
根据国外惯例,飞船上天前,发动机需要进行10万秒的试车,就是按照中国其他航天器的要求,也至少需要几万秒的试车时间。然而,这时飞船的主发动机只进行过一次930秒的高空试车。
尽管上海航天局负责这两个系统的研究单位夜以继日地一步一步往前赶,但对于“争八保九”要求而言,在总体进度上,还有一定的差距。如果推进系统还按原来的计划,至少还需要4年时间,到2000年之后才能生产出飞船的发动机。
正是这样,促使沈荣骏一定要亲自去一趟上海。
在机场等候沈荣骏的人,是载人飞船系统的副总指挥兼副总设计师施金苗。施金苗是“863计划”的论证专家之一,长期负责上海地区的运载火箭研制工作,是“一箭三星”技术的主要设计师。载人航天工程立项后,施金苗负责上海地区的飞船推进系统、电源系统、测控通信系统以及推进舱的技术和项目管理。他对载人航天的感情就像对待自己的孩子一样,比谁都担心因为飞船的原因而耽误整个工程的进度。沈荣骏的到来,或许能让研制进度再提升一大块,但随之而来的,一定是一次凤凰涅槃般的攻关,这让施金苗既高兴又焦虑。
“我是来要军令状的。”沈荣骏一见到施金苗,没有一句客套话,便开宗明义地点明了这次到访的目的。
“我带您先到一线看看吧。回来咱们再说。”施金苗没有立刻给沈荣骏肯定的答复。他心里明白,回答这个问题,不能说不行,必须回答行。但这个“行”必须建立在科学论证和科学决策的基础上,一向严谨的施金苗不能不切实际地拍这个胸脯。沈荣骏看出了施金苗的心思,微微笑了一下,说了声:“那就走吧!”施金苗默默地陪着沈荣骏走遍了每一间实验室和每一座生产厂房。无论走到哪儿,沈荣骏反复说的都是同一句话:发动机是飞船的心脏,无论如何都要让它按时跳动起来。
考察过程中,沈荣骏发现,上海航天局拖延时间的原因,不是技术上不行,而是试验做得不够。试验需要时间,时间就是工作量,通过加班是可以解决的。至于条件差点,可以想办法改善。参观归来,沈荣骏心里有了数,连夜主持各分系统的“两总”会议,开门见山地说:“‘保九是我们向中央的承诺,必须得实现。现在的短线就是上海航天局。我经过考察,认为你们经过努力是可以赶上进度的。希望你们能够顾全大局,千方百计赶上进度。从现在起,你们要钱给钱,要条件给条件。你们说怎么样?”
沈荣骏话一说完,就要求上海航天局的领导和施金苗立即做出承诺。会议室里一片沉寂,领导和专家们有的用手撑着前额闭目凝思,有的用牙齿紧紧咬住手中的笔杆……谁也不吭声。这种场面让施金苗感到非常尴尬,他想开口打破这种沉寂,但军中无戏言,没有十足把握的施金苗左右为难,迟迟没有开口。“老施,怎么样?你说!”沈荣骏直接点了施金苗的名,施金苗不表态就不散会。决不让工程在我们手里误事,是施金苗一直强调的。想到这一点,他硬着头皮说了句口头禅,“办法总比困难多”。
施金苗之所以这么说,是因为在陪沈荣骏考察的这两天时间里,他在心里默默地算了一笔账。他列清了所有的差距和困难,逐一考虑了解决措施,其中包括:产品加工短线迅速外协生产、试验测试能力加强、采取人休息而产品不休息等一系列生产组织管理办法,落实质量保障措施来确保后续工作一次成功等质量管理办法,加强组织调度力量,等等。如果采取这些措施,风险虽然很大,但拼一拼还是可以完成任务的。除此之外,施金苗还有另外一份盘算。如果这次攻坚成功了,将为上海航天局今后承接载人航天工程项目赢得良好的信誉,是一次锻炼队伍、培养人才的好机会。想到这里,施金苗决心要搏一下,啃下这块“硬骨头”,他向沈荣骏承诺:“我们一定千方百计地在1999年把试验飞船做出来,载人航天的列车决不会在上海晚点。”负责飞船发动机研制的801所所长黄瑞生、主任设计师臧家亮见施金苗表了态,也咬着牙说,“我们801所一定全力以赴,决不拖工程后腿”。
沈荣骏心里的一块石头总算落了地,他高兴地竖起了大拇指,“好,太好了!我们齐心协力,‘争八保九,后墙不倒!”随后,沈荣骏宣布:“试验飞船的发射,按照原计划进行。”
把电性船改成无人试验船,等于抓住了工程当时最关键的环节。但是,接下来的事情并没有这么简单。工程“两总”联席会议还没有召开,就遭到了一些专家的反对,说沈荣骏是“蛮干”,甚至毫不客气地批评他,“初样怎么能上天?你这是违反科研程序!”沈荣骏对来向他汇报的人说:“第一,试验飞船是相对简化的飞船,主要系统都在上边,其他系统工作量实在完不成的,又不是急需的,这次先不上。第二,上船的产品全部按正样验收。这怎么叫违反科研程序?”随后,沈荣骏对有关同志说:“我的解释就到这儿,‘两总会议之后,不管他们再说啥,定下来就干!”