——航天六院研制载人航天工程液体火箭发动机纪实

   职工正在装配火箭发动机零件
    “五、四、三、二、一，点火！”，操作员镇定地摁下了发射按钮，酒泉卫星发射基地发射塔矗立的火箭如神箭在弦。发动机瞬间火焰奔腾，伴随震天动地的轰鸣，火箭腾空而起，载着三名中国航天员的神舟十号宇宙飞船，开始了我国载人交会对接首次应用性飞行的历程，这也是我国载人交会对接任务的收官之战。2013年6月11日，大漠戈壁，浩淼天穹，见证了中国航天科技集团六院研制的液体火箭发动机推举航天强国梦的壮举。航天六院院长谭永华告诉记者，在这次神十载人交会对接任务中，无论是目标飞行器和飞船的变轨，交会对接后组合体所需要的变轨推力，还是组合体轨道维持、姿态控制及修正所需的冲量，特别是航天员安全返回所需要的动力，都由六院研制的火箭发动机和空间推进系统来完成和实现。
    十艘飞船飞向太空金牌动力十全十美作为我国唯一的航天液体动力研制的大型专业研究院，航天六院从1992年开始就踏上了研制载人航天发动机的征途。自1999年发射神舟一号无人飞船，到2013年发射神舟十号飞船，航天六院先后完成了十艘神舟飞船和天宫一号目标飞行器的飞行发射任务。在11次载人航天发射中，以其强劲、精准、可靠的动力使12人次中国航天员实现了太空之旅。据粗略统计，在此期间，航天六院共为中国载人航天工程研制交付了六百多台大小性能各异的航天发动机。
    就发动机来说，确保安全的最大隐患，一是怕漏，一是怕堵。特别是飞船的动力系统，有些管路非常细小，口径细如发丝。与前九艘神舟飞船发射相比，发射神十飞船的所有发动机防堵防漏的能力进一步提高。六院科研人员通过对二级主机推力室喷注器局部喷孔数量和孔径的微调，消除了二级主机存在的结构薄弱环节。而针对一些交叉焊缝的质量一致性和稳定性不够，受到震动后可能发生断裂等情况。他们用整体锻造的方式，减少了交叉焊缝，大大提高了可靠性。
    在飞向太空的过程中，航天员的生命安全无疑是第一位的。从火箭点火开始，最大的震动源来自于主发动机。航天员会感受到震动，如果震动加剧，对航天员产生的影响很大。这促使六院科研工作者力求让发动机的燃烧更加平稳。于是，在燃烧装置生产试验过程中，他们对部件进行优选，比此前的9次神舟飞船发射的要求更严。优选后，燃烧装置的淘汰率达到50％，可以说是在合格产品中优中选优。
    在这次载人交会对接任务中，最惹眼的，莫过于三名航天员在神十飞船和天宫一号舱内来回进出、多次交会对接和应用性飞行了。而在这些环节中，飞船上的发动机不但没有停止工作，反而显得更加忙碌起来了。特别是在几次大的变轨后，就要进入小调整阶段，比如400米，140米，这时需要飞船上的小发动机工作，他们将要进行姿态调整，比如减速、平移、俯仰等一系列动作，确保神舟十号与天宫一号实现精准对接，完美交会，组成组合体，实现首次应用性飞行。
    金牌动力性能一流天地之间来去从容航天六院不仅研制生产了火箭的动力系统，还设计生产了神舟飞船与天宫一号飞行器的动力系统。无论是飞船的姿态调整，还是飞船与目标飞行器的交会，特别是飞船返回舱的安全返回，都需要发动机的帮助。此次神舟十号与天宫一号一次次精准的定位、靠拢、调节，特别是组成组合体之后的首次应用性飞行，均要靠控制飞船上大小不一的姿控发动机来完成。
    此次神舟十号飞船推进系统，六院研制提供了数十台推力从数十牛顿级到数千牛顿级的五个品种姿态控制发动机，提供推进舱、返回舱俯仰、偏航和滚动所需的动力，也可以说，在航天员操作交会对接全过程之前，这些小发动机起到了关键核心作用。为了保证安全，神舟飞船的发动机都有备份，对于航天员来说，他们都要学会故障排除模式，也即当一个发动机出现问题时，航天员要通过指令，让备份发动机开始工作。
    在这次载人交会对接任务中，人们最牵挂的，莫过于三名航天员完成对接任务后，能否安全返回？而在航天员安全返回的漫漫征程中，航天六院研制的飞船推进系统发动机，将发挥着极其关键的作用。
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    神舟飞船与天宫一号目标飞行器分离后，飞船推进舱发动机按照预定程序开始工作。待轨道舱与推进舱分离后，由推进舱上的发动机制动点火，进入返回轨道，实施姿态调整。推进舱与返回舱分离后，搭载三名航天员的返回舱开始进入到自由滑行阶段。返回舱在滑行到离地面140公里，在进入大气层之前，返回舱发动机将开始启动，将返回舱调整到再入大气层的攻角，保持一定的姿态，使返回舱始终处于稳定状态，这是保障航天员生命安全、能否安全返回地面的关键环节。通过发动机一系列精准可靠的工作，将使返回舱始终保持稳定的姿态进入到大气层，一直工作到降落伞安全顺利打开，航天六院研制的飞船推进系统使命才算真正完成。
    新型动力即将起航未来天梦更加美好经过这些年的不断改进，我国航天发动机的稳定性与可靠性非常好，能够完成现今的发射要求与任务。然而，目前总推力600吨的现役火箭，远不能满足未来我国载人登月、深空探测的需求。仅以此次神十飞船发射来说，目前的长二F火箭只能发射9吨左右的有效载荷，而分配到航天员工作的轨道舱、返回地球的返回舱，其空间大小可想而知。
    值得欣慰的是，2012年，航天六院研制的我国新一代大推力120吨级液氧煤油发动机已通过国家验收，推力比我国现有长征系列运载火箭发动机提高60％以上，使我国成为世界上第二个掌握液氧煤油高压补燃发动机核心和关键技术的国家，其运载能力还有进一步提升的潜力，将使我国的航天运载能力和运载技术迈上了一个崭新的台阶。
    本报记者刘楠