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張智 我見證了中國的載人航天事業

時間:2024-11-05 10:44:27

“未來,中國的載人航天還要建立中國人的空間站,長征二号F運載火箭還會為中國的空間站工程做出它的貢獻,我希望這個火箭會越飛越好,越來越可靠,越安全,越精準。”

1987年,我從北京航空航天大學畢業。那時,我們工作包分配,國家需要我們去哪裡,我們就去哪裡。我是學飛機制造出身的,臨畢業時,我當時隻知道自己要被分到航天部,但航天部在哪兒、我去了要幹什麼,這些我都不清楚。等我到了中國運載火箭技術研究院門口,我才知道我是被派來造火箭的。造飛機和造火箭從專業上來講跨度并不大,但存在一些設計理念的區别。比如說,飛機要重複使用,所以要進行疲勞設計,以保證飛機多次飛行後依然是安全的,我的本科論文做的就是這個。但火箭不一樣,火箭是一次性使用的,它考慮的是發射以後承受的沖擊強度,要做強度方面的試驗。

我剛到中國運載火箭技術研究院時,恰好趕上國家提出“863計劃”(國家高技術研究發展計劃),計劃明确提出“中國在航天技術方面取得了巨大的成就,但在載人航天方面仍是空白”,要将建設空間站作為航天技術領域的兩個主題項目之一。既然要送人類上太空,就必須有天地往返運輸系統。那個時候,使用航天飛機的思想還很流行,美國1981年就實現了航天飛機的首次載人飛行。論證的時候,老一輩的科學家也讨論了中國發展航天飛機的可能性,但考慮到投資強度和國内的技術基礎,最終決定使用國内現有的長征二号E運載火箭适當改進後發射載人飛船,由此開啟中國的載人航天“三步走”戰略。

“三步走”戰略提出來後,我們院的任務就是在長征二号E運載火箭的基礎上,研制長征二号F火箭。作為載人航天工程的重要組成部分,長征二号F火箭的研制既要在運載能力、入軌精度等性能指标上下功夫,更需要考慮可靠性和安全性指标。我被分配的任務是做火箭的逃逸系統。這個系統體現在長征二号F火箭上是一個類似于避雷針的構造,我們稱之為“逃逸塔”,它位于飛船頂部,高8米,在火箭發射過程中萬一發生危及航天員生命安全的意外情況,它要确保航天員能夠瞬間逃生、安全返回;在發射順利時,它還必須按計劃點火工作,脫離箭體,讓飛船得以繼續飛行。

在當時,我們隻清楚一些基本原理,實際操作很難。國際上又很封閉,也獲得不到什麼幫助。我們也知道火箭炸了要逃,但哪些因素會導緻火箭發生爆炸?萬一發生爆炸,我們得反應多快才是安全的?我打個比方,如果火箭一秒鐘内爆炸的輻射範圍是一公裡,但你一秒鐘隻跑了500米,那也是白跑。還有,爆炸會産生火、熱、碎片,這三種的危害度有多大,在大氣、真空、太空中又有哪些不同?這些,都是擺在面前必須挨個解決的問題。我們先是分析了世界範圍内的火箭事故,總結了他們出問題的點,發現逃逸系統的發動機設備最容易出問題,接着是控制系統,這些都成為我們的研究重點。當然,我們也做了很多的模拟試驗。我記得推進劑爆炸試驗是在長沙一個山坳子進行的,我們做了一個幾百公斤重的模拟裝置,将它吊起來,等爆炸的時候它掉下來,弄破了兩隻箱子,用以模拟推進劑爆炸的威力。

所有的問題都是從摸不到頭腦的階段一個個捋清楚的。長征二号F系列火箭研制,其實就是一個不斷認識和補課的過程。2003年10月15日,我們發射了神舟五号飛船,将中國的第一名航天員楊利偉安全地送入了軌道。那一次,楊利偉在天上待了23個小時就返回了地面。當時我們還沒有從發射場返回北京,就聽說了楊利偉在飛行過程中,經曆了一個很不舒服的振動,他後來還在一本書裡描述了這個振動:“當火箭飛行到三四十公裡高度的時候,火箭和飛船發生了急劇的抖動,産生了共振,那種十分痛苦的感覺,讓我的五髒六腑都快碎了,我心裡感覺我不行了,我要撐不住了,振動26秒之後,這個振動慢慢減輕,如同一次重生。”

我們覺得這可能是傳說中的POGO振動(縱向耦合振動)。從發射場回來之後,我們工作人員一起看了當時的飛行數據,發現這個振動隻有8赫茲。随即,我們成立了一個研究組,試圖尋找振動的來源。這個工作用了五年的時間:長征二号F火箭是從長征二号E借鑒過來的,由于當時試驗條件不具備,這個火箭并沒有進行縱向的振動試驗,在長征二号F研制的時候,類似的試驗也沒有進行。這就是我們缺的課、欠的賬,既然缺了,就要補上。2008年,翟志剛完成任務回來後,我問他:“你這次飛行感覺怎麼樣?”他說:“好!平穩!舒服!”5年時間就是為了把一個“不舒服”的“不”字去掉,變成“舒服”。(蔡小川攝)不知道你有沒有在現場看過火箭發射。在現場看跟在指揮室裡是完全不一樣的。1999年11月19日,長征二号F火箭首次發射并成功将中國第一艘試驗飛船神舟一号飛船送入太空。那天,我在塔架上值班——逃逸塔有一套測溫系統,在發射前需要不斷地測定其溫度,我要在發射前的最後一個小時才能撤到技術區。當時,我就在那裡念叨,逃逸塔千萬不要使用,因為使用意味着火箭出故障,航天員要逃生。撤離後,火箭點火發射的那一刻,我遠遠地看着,覺得特别震撼,那一刻我感受到了心髒共振。

在指揮室裡,你隻能從屏幕上看,你關注的也隻有參數。2016年9月15日天宮二号發射,這是我人生難忘的一次發射經曆,也是我當上長征二号F火箭第四任總師後參與的第一次發射。我站在指揮室裡,盯着屏幕。那幾天,我緊張得上火,腮幫子都腫了。指揮員喊着三、二、一點火起飛,助推器分離,整流罩分離等,一直到這個時候,我都覺得大廳裡一片寂靜,好像沒人在呼吸,等到指揮員報太陽能帆闆展開,整個大廳裡的掌聲才響起。

這時,我一個人悄悄走了出去,到了指揮台二樓的儲物間,我記得它對面是一個廁所。我拿出電話給我們的遙測設計師打電話。“剛才發射的時候,我看到有幾個數不對。”我對她說。這幾個數很重要,是後續載人飛行時用于地面故障診斷的參數。她當時沒有即刻回答我,應該是去檢查參數了。晚餐的時候,她告訴我:“那幾個數是對的,你看錯了。”你看,我得有多緊張,能把對的東西看錯。一個月後,我的長征二号F火箭再次将神舟十一号飛船成功發射,順利将兩名航天員送上太空。

到現在為止,長征二号F火箭已發射13次,發射成功率100%,共發射了6艘載人飛船、5艘無人飛船和2個空間實驗室。從某種意義上來說,它已經是一個成熟的産品,技術上的問題很少,技術方案也比較成熟,現在要做的就是如何保證它的穩定和安全可靠。我的責任和目标不隻是成功地将天宮二号和神舟十一号發射上去,還要保證不出重大安全事故、不出重大責任事故,這才叫圓滿成功。

這型火箭跟别的火箭有着根本的區别——其他火箭出現問題,可能損失的是火箭和有效載荷。那麼,隻要有錢,我們可以重新再造一個,一切重來一次。但長征二号F火箭如果失利的話,我們将失去我們的航天員,天宮實驗室的建造以及後續的任務都會戛然而止。

所以,每一次的任務對我們來說都是一個非常大的考驗和挑戰。任務的關鍵在于防止人為因素導緻的疏忽。我會擔心哪些事情沒有做好,沒有做全。執行神舟十一号和天宮二号任務的時候,我手裡有一張任務表,完成一項檢查,工作人員會在上面畫上一個勾,沒有完成的則要解釋緣由。每隔一天,我還會招呼相應系統的工作人員開一次“雙想會”,即想哪些因素可能會影響安全性和可靠性。我的上一任總師有一個玩笑的事情,他每次幹活前,會問工作人員有沒有跟家裡吵架,晚上有沒有加夜班。如果有,他會說:“對不起,今天别幹我們的活。”

後續,中國的載人航天還要建立中國人的空間站,長征二号F運載火箭還會為中國的空間站工程做出它自己的貢獻,我希望這個火箭會越飛越好,越來越可靠,越安全,越精準。在擔任長征二号F運載火箭總師的同時,我現在開始承擔重型火箭的研制工作。這個火箭要承載的是日後的探月、探火任務。我希望這個新型的火箭能夠打破長征二号F運載火箭的某些限制,長征二号F運載火箭要求穩定、可靠,新的重型火箭要敢于做一些冒險的嘗試,隻有這樣,才能更為先進。這種感覺還挺奇怪的,我上午開長征二号F運載火箭的會議說要穩妥,下午參加重型火箭的會議,提要有突破。就像兩個小人兒在你體内,一個跟你說要保險,一個跟你說要打破常規,我感覺自己要雙重人格了。

(實習生張佳婧對本文亦有貢獻)

手記

(麥田攝/視覺中國供圖)2012年6月16日,長征二号F運載火箭起飛,成功将神舟九号飛船送入太空跟張智已經是第三次見面,算是“老朋友”了。他是長征二号F火箭的第四任總師。造火箭,這在外界看是籠罩在光環下的事情。但每次見到他,他都會跟我說,自己從事的職業跟别的行業沒什麼區别,“隻不過是别人做冰箱、手機,我們做火箭罷了”。在他看來,兩個行當的唯一不同是火箭系統大而複雜,運用的技術小衆而高端。

張智講話很樸實,我們的采訪就像唠家常。這也是航天人共有的特點:樸素、簡單。我們采訪的那天是9月21日,算下來,恰巧是中國載人航天“三步走”戰略實施的第26個年頭。因為這一點,張智有些開心,他見證了中國載人航天事業一步一步的發展。1992年,中國載人航天“三步走”戰略提出:第一步,建立一個大系統,把中國自己的航天員送上天,運行一段時間後安全返回到地面;第二步,要建立一個空間實驗室,為第三步建立空間站做一些技術準備和技術實驗;第三步,建立一個中國長期有人駐守的空間站,做很多地面完不成的工程、技術和科學實驗。如今,前兩步在長征二号F火箭的助推下都已經相繼完成,2020年中國空間站也即将建設成功。

陪張智一起見證這些的,是一沓沓彙編成冊的規範。這些全源于長征二号F運載火箭研制和改進的經驗和做法。積少成多,有了1000多本。指着上面的每一條,張智都能說出其中的故事。為了保證火箭發射成功,這些規範中的每一條都會落實到一個新火箭的研制和發射過程中去,他們嚴格甚至有些刻闆地檢查、追溯和執行。

有時候,張智會覺得自己就像一個手工匠人,用時間和氣力打磨着工作和耐心。長征二号F運載火箭承載着中國載人航天的重大任務,穩定可靠是整個系統對它提出的最大要求。因此,張智一直将安全擺在最高的位置。但這并不是說,長征二号F運載火箭就局限在一個位置或者階段。它也是在不斷地完善和改進過程中。

在天宮二号和神舟十一号飛船的發射任務中,中國運載火箭技術研究院對兩發長征二号F火箭分别做了數十項技術改進。但從提出改進要求到最終落實,這個過程是不容易的。首先,火箭的設計師系統會讨論提議是否可行;其次,要确認改進系統是否會影響别的系統的運行;然後才能進入驗證階段。如果驗證成功,方能進入到正式程序階段,随後還會有一系列的跟蹤追查。“我們并不是因循守舊,也會使用新的技術,但前提是不能影響整個火箭系統的安全可靠性。”張智告訴我。(王珊)
   

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