發(fā)動(dòng)機(jī)是火箭的心臟，渦輪泵則是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟。它通過高速轉(zhuǎn)動(dòng)給來自貯箱的液氫和液氧增壓，繼而供應(yīng)到推力室，使之混合燃燒，產(chǎn)生巨大推力托起火箭飛行。
2018年4月16日，國家國防科工局發(fā)布消息稱，長征五號遙二火箭飛行失利故障原因基本查明，故障出自火箭的液氫液氧（YF-77）發(fā)動(dòng)機(jī)，長征五號工程研制團(tuán)隊(duì)正在全面落實(shí)故障改進(jìn)措施。
長征五號火箭副總設(shè)計(jì)師王維彬曾把YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)的故障歸零工作視為"在黑暗中探索"。誰也沒想到，黑夜會(huì)如此漫長……
1"心像被撞了一下"
在航天人的記憶里，2017年7月2日的夜晚是以一種急速下墜的方式到來的。
那天晚上，長征五號火箭副總師王維彬的心情就像坐過山車，車最后栽倒在谷底。巨大的長征五號在塔架上靜靜矗立，媒體架起了攝像機(jī)，老百姓等候在電視機(jī)前。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，正常。點(diǎn)火170秒后，4個(gè)裝有液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的助推器完成使命，成功分離；346秒時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)提前熄火，問題出在一臺(tái)芯一級上的YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)。王維彬感覺渾身麻木，"心像被撞了一下"。
正在北京家中的主推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)部主任鄭大勇接到所里的電話，聽到的第一句話就是"發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有了"。
鄭大勇趕到單位。位于北京東高地的測控大廳里集結(jié)了一群人。他們?nèi)勘浑娫?召回"，圍到一處，盯著屏幕看一級發(fā)動(dòng)機(jī)傳回的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場鴉雀無聲。
多年來的經(jīng)驗(yàn)與初步分析的結(jié)果基本吻合:火箭芯一級發(fā)動(dòng)機(jī)問題比較大。但屏幕上的數(shù)據(jù)只能描繪出問題的大致輪廓，還不足以精準(zhǔn)地找到病根。
發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障之后，長征五號火箭已經(jīng)偏離了軌道，墜入太平洋。沒有殘骸，就看不到病癥，也就無法用藥。與此同時(shí)，輿論很快通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)酵。甚至有網(wǎng)友評論:中國航天進(jìn)入至暗時(shí)刻。
當(dāng)時(shí)在北京家中收看發(fā)射直播的吳平，和身處海南文昌發(fā)射場的王維彬，至今回憶起那一晚都還會(huì)有些恍惚。吳平與王維彬結(jié)婚32年，也一起在北京11所工作了30多年，她了解王維彬，發(fā)射失利后并沒有立即聯(lián)系他。"我唯一能做的，就是等。"吳平說。
"失聯(lián)"幾天后，她等到王維彬發(fā)來的第一條信息——"馬上登機(jī)"。幾個(gè)小時(shí)后，王維彬落地北京再度"失聯(lián)"，直至半夜才推開家門。
2"要做到故障復(fù)現(xiàn)，太難了"
從那天起，吳平在近兩年的時(shí)間里都處于"等待"中。王維彬早上一出門，經(jīng)常后半夜才回家。晚上12點(diǎn)如果人還沒回來，吳平就先睡了。盡管兩人同在所里上班，卻形同路人。
和王維彬一同進(jìn)入"歸零"作息時(shí)間的，有一大批YF-77液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)研制人員，還有火箭抓總研制單位航天科技集團(tuán)一院的研制人員、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)抓總研制單位航天科技集團(tuán)六院的研制人員，以及我國知名院士專家……
長征五號遙二飛行失利，牽一發(fā)動(dòng)全身，整個(gè)航天科技集團(tuán)乃至國家有關(guān)方面都開始痛定思痛，在全面反思中前行，在質(zhì)量整改中蓄勢，準(zhǔn)備下一次起飛。
對于當(dāng)事人來說，這次難度極大的歸零是在"先天不足"中開始的。火箭殘骸沉入萬丈深海，研制人員掌握的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
"想了很多辦法，盡可能地收集數(shù)據(jù)，也沒能精確定位故障，要做到故障復(fù)現(xiàn)，太難了。"年輕的渦輪泵設(shè)計(jì)師黃克松回憶。從各級領(lǐng)導(dǎo)到各行專家，陸續(xù)登門北京11所，大家也只是把故障粗略鎖定在氧渦輪泵上。
液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵，一頭是極低溫的泵，另一頭是高溫的渦輪，這讓渦輪泵在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的受力情況顯得尤為復(fù)雜。它在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中，負(fù)責(zé)動(dòng)力傳輸，將熱能、動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。研制人員一開始是從工藝層面對渦輪泵進(jìn)行"加固"，黃克松解釋:"主要是一些局部改進(jìn)。"
歸零進(jìn)展緩慢，很多人的關(guān)切詢問不時(shí)傳來，研制人員經(jīng)常只能報(bào)以沉默。家里的耄耋老人曾有一個(gè)多月沒見到王維彬。好不容易，王維彬有空回來吃飯，老人驚訝道，"你現(xiàn)在怎么身體跟我一樣差了？"
3"他們這些人，為長五耗盡了心血"
在歸零工作最緊張的時(shí)候，胡鵬的妻子商蕾也陷入了崩潰。那次胡鵬去了海南文昌，老父母沒在家，單位開展保密檢查，裝修師傅還讓商蕾上門看涂料。孩子晚上等不來媽媽，一連打了20多個(gè)電話。焦頭爛額的商蕾回家后，對兒子發(fā)了一通火。
胡鵬在型號處工作，倆人在單位見不著面，在家里也說不上幾句話。經(jīng)常是胡鵬接到一個(gè)電話，然后一口氣撥出幾個(gè)電話。"接電話是有任務(wù)來了，撥出電話是立即執(zhí)行"，商蕾說有時(shí)候想跟丈夫聊聊天，但他已經(jīng)披上衣服準(zhǔn)備出門了。
王維彬的血壓開始升高，嚴(yán)重的痛風(fēng)讓他的雙腿失去了活力，一度只能一瘸一拐地挪向會(huì)議室。有時(shí)候趕上出差，他坐早上6點(diǎn)的航班離開北京，當(dāng)天半夜又搭乘紅眼航班回來，吃點(diǎn)安眠藥，第二天出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場。
吳平憋不住了。
——"工作上的事我不過問，就希望你能多睡會(huì)兒。"
——"我也希望有陪伴。"
——"你怎么病沒好又跑走了，連自己都管不好！"
吳平語氣慢慢加重，面前這個(gè)在同事眼中溫文爾雅的安徽男人也開始生氣。
——"你不懂，你還是不能理解我。"
——"你就不能對我耐心一點(diǎn)？"
平時(shí)講話都客客氣氣的兩口子，爭吵了起來，攪動(dòng)了平靜的生活。
偶爾在家里落腳時(shí)，王維彬也是沉默不語，一心思考?xì)w零工作。長五遙二飛行失利是YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)研制人員心里的傷口，大家變得比過去敏感，尤其不希望傷口被觸碰，家人也不例外。
"其實(shí)我就希望他能安穩(wěn)睡上一覺。"歸零期間，吳平盡量不打擾王維彬，只想讓他擠出時(shí)間多睡一會(huì)兒。她最大的愿望是盼著退休后兩人能手牽手過上自己的生活。幾十年來，兩人還沒一起休假出去玩過。歸零開始后，家庭聚會(huì)和朋友聚會(huì)里也都少了王維彬的身影。
吳平說:"他們這些人，為長五耗盡了心血。"
4"難道是我們的設(shè)計(jì)方案先天不足？"
長征五號火箭總指揮王玨曾經(jīng)是航天科技集團(tuán)六院北京11所的老所長。王維彬大學(xué)畢業(yè)后來到這家單位，與發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品日夜相伴，后來跟著王玨一起參與到長征五號火箭的研制中。
從1995年應(yīng)用于大型運(yùn)載火箭的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)和液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)正式進(jìn)入工程預(yù)研階段，到2016年長征五號首飛，中國的第一枚大火箭研制走過30年風(fēng)雨，一代人從青春年少熬成了白發(fā)叢生。
57歲的王維彬說，YF-77是我國首次研制的大推力液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，瞄準(zhǔn)的目標(biāo)推力是當(dāng)時(shí)在役氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的9倍，技術(shù)跨度大。這么多年我們克服了很多困難，有技術(shù)上的、人才上的、經(jīng)費(fèi)上的、條件上的……事非親歷不知難，這是很多局外人所不能理解的。
渦輪泵，長征五號運(yùn)載火箭芯一級YF-77液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)上唯一高速旋轉(zhuǎn)的裝置。在最高900開爾文溫度（626.85攝氏度）的熱環(huán)境和極其復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境下，它會(huì)以每分鐘近2萬轉(zhuǎn)（約每秒333轉(zhuǎn)）的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
在此之前，3臺(tái)YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)一共進(jìn)行了15次試車，均順利通過考核。這次它將在地面接受工況環(huán)境最為惡劣的一次"加試"，迎來500秒的長程試車。發(fā)動(dòng)機(jī)研制方——北京11所的研制人員也在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。晝夜不分甚至讓人精神面貌出現(xiàn)"反常"征兆的加班狀態(tài)，已經(jīng)持續(xù)了一年多，大家希望這500秒是黎明前最后的黑暗。
試車開始沒多久，氧渦輪泵的局部結(jié)構(gòu)斷裂，"心臟"停止跳動(dòng)。這是中國現(xiàn)役最大運(yùn)載火箭長征五號發(fā)射失利后，出現(xiàn)的首次發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車失敗。此時(shí)是2018年11月末，北京冬天已至。
從那一刻開始，YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)研制團(tuán)隊(duì)開始了第二次歸零，開展了一系列理論計(jì)算、試驗(yàn)驗(yàn)證等工作，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)、交付、試驗(yàn)與優(yōu)化工作并行，一切有條不紊。
大家認(rèn)為，這次故障定位應(yīng)該是找對了，就在氧渦輪泵的局部結(jié)構(gòu)上。
北京11所渦輪泵設(shè)計(jì)部主任金志磊解釋，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，一秒內(nèi)渦輪泵就可以達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，高溫高轉(zhuǎn)速下，"從裂縫到斷開就是眨眼間的事"，很快，渦輪泵軸部斷掉，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。
有了這個(gè)認(rèn)識(shí)，第二次歸零按計(jì)劃進(jìn)行。一個(gè)周末，王維彬一反常態(tài)地對著吳平說:"咱倆去散個(gè)步吧，換換腦子。"那是漫長歸零開始以來，王維彬向妻子發(fā)出的第一個(gè)邀約。兩人繞著小區(qū)外的街道走了一圈。
第二次歸零于2019年4月告一段落。用設(shè)計(jì)師的話說，渦輪泵這次經(jīng)歷了"大改"，實(shí)際就是對其局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改。大家都充滿信心，勢在必得，長征五號遙三火箭的發(fā)射也被安排在2019年夏天。
改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一輪試車，共3次，前兩次一切正常，又到了距離成功只有一步之遙的時(shí)刻。最后一次試車，氧渦輪泵還是出現(xiàn)裂紋，這讓王維彬、金志磊等人陷入崩潰。
4月4日，清明節(jié)前一天，晚上10點(diǎn)半，王維彬接到一個(gè)電話，報(bào)告說氧渦輪泵有故障征兆。有年輕設(shè)計(jì)師捕捉到了這個(gè)"異常"。這好比換了一個(gè)更高倍率的放大鏡，讓原來看不到的隱患顯形了。
研制團(tuán)隊(duì)的第一反應(yīng)是不敢相信，眼前的希望化為巨大的失望，信心所剩無幾。"難道是我們的設(shè)計(jì)方案先天不足？"挫敗讓設(shè)計(jì)師們開始懷疑一切，開始否定自我。
5走出至暗時(shí)刻
一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)方案，往往會(huì)有好幾個(gè)，在經(jīng)過反復(fù)論證后，優(yōu)中選優(yōu)，然后開始生產(chǎn)。連續(xù)的失敗，讓大家開始反思——對"何為最優(yōu)"的認(rèn)識(shí)，會(huì)不會(huì)發(fā)生改變呢？生產(chǎn)條件，力學(xué)、熱學(xué)環(huán)境制約，等等，這些都一直在變，當(dāng)時(shí)認(rèn)為最好的方案，現(xiàn)在是不是會(huì)帶來一些新的問題呢？是繼續(xù)沿用之前的方案，還是換個(gè)方案？
問號在大家的大腦里堆積，壓迫著他們。金志磊也開始對最初的設(shè)計(jì)方案生疑——一個(gè)他曾引以為傲的方案也許并沒有考慮周全。
通常情況下，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)需要一個(gè)碩大的渦輪泵來向燃燒室內(nèi)壓入燃料，其重量通常要占到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一半以上。在滿足火箭總體方案的條件下，設(shè)計(jì)師給渦輪泵進(jìn)行了最優(yōu)設(shè)計(jì)——盡量把渦輪泵設(shè)計(jì)得又輕又小。
問題恰恰出在了這里。"為了追求性能，設(shè)計(jì)得太優(yōu)，可靠性反而降低了。"金志磊說。
同樣的YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)，同樣的渦輪泵，為什么長征五號火箭首飛前，發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)長累計(jì)3萬秒，卻沒出現(xiàn)問題？黃克松等設(shè)計(jì)師的理解是:"這是一個(gè)很小概率的事件，但偏偏在遙二身上暴露。"在失利后的前兩次歸零中，設(shè)計(jì)師延長了試車時(shí)間，加嚴(yán)了環(huán)境工況，問題再次暴露。
今年4月第二次歸零鎩羽而歸時(shí)，長征五號箭在弦上，依舊不能發(fā)射。研制人員把發(fā)動(dòng)機(jī)召回，仔細(xì)檢測。
金志磊表示，認(rèn)知邊界擴(kuò)展后，設(shè)計(jì)師決定用分體結(jié)構(gòu)替換原來的整體結(jié)構(gòu)，提高可靠性。
一型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，從它出生起，便不斷累積試車時(shí)間。這個(gè)型號一共生產(chǎn)了多少臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過了多少時(shí)長的試車，全部累計(jì)形成一串?dāng)?shù)字，成為證明發(fā)動(dòng)機(jī)性能的ID。就像軍人的肩章，一眼望過去，即知軍銜大小。
我國新一代運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車時(shí)間累積超過7萬秒。國際上，美國SSME發(fā)動(dòng)機(jī)首飛前試車超過了10萬秒。截至目前，YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)30余臺(tái)，地面試車時(shí)間累計(jì)5萬秒。
在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，試車時(shí)長并非唯一的硬性考核標(biāo)準(zhǔn)。北京11所設(shè)計(jì)師給出了一個(gè)可靠性模型。這個(gè)模型將試車時(shí)長、試車次數(shù)、技術(shù)狀態(tài)、試車故障等多種因素考慮進(jìn)去，綜合計(jì)算出一個(gè)考核分值。YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)的考核分值達(dá)到97.5即可首飛。
與此同時(shí)，專家還認(rèn)為，未來在推進(jìn)YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)的"可靠性增長工程"時(shí)，地面長程試車絲毫不能打折扣。在徹底根除氧渦輪泵"病根"后，研制團(tuán)隊(duì)也希望把YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)ID上的數(shù)字拉得更長一些。
今年7月，YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行第三次歸零后的試車，一共考核了7臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，3臺(tái)為地面研究性發(fā)動(dòng)機(jī)，2臺(tái)用于長征五號遙三火箭發(fā)射，還有2臺(tái)用于明年長征五號B遙一火箭發(fā)射。所有發(fā)動(dòng)機(jī)均順利通過考核。9月，長征五號遙二火箭通過歸零評審。隨后長征五號遙三火箭劈波斬浪1670海里，12月27日箭起海之南。
發(fā)動(dòng)機(jī)噴管吐出的火焰跳躍上升，黑夜被燒開了一個(gè)洞，大火箭飛出地球，一群航天人也走出了人生中的至暗時(shí)刻。
