航天四院研制出固体运载火箭引擎,中夏族民共和国航天固体引力工作50年上扬纪实

 知识产权     |      2020-04-08

这是一个奇迹。千年以前,火药最早在中国诞生。北宋军官造出世界上第一个以火药为动力的飞行兵器——一种最早的原始火箭。当时民间流传的是能高飞的“火流星”,是最早的观赏性火箭。

国科技网讯 内蒙古呼和浩特东郊、中国航天科工集团第六研究院科研生产基地南地深处,矗立着一座高约10米的门形建筑。它墙体斑驳、钢筋裸露,写满沧桑的躯干却仍伟岸挺拔。

【据科技日报12月26日报道】 以研制生产世界最先进载人航天逃逸系统而著称于世的中国航天科技集团公司第四研究院41所,组建40年来,为我国宇航和导弹武器成功研制80余种固体发动机,形成了“风云”、“东方红”、“巨浪”等众多系列。今天,又一世界前沿课题预研项目试车成功。该所是全国最大的固体火箭发动机研究院———航天四院型号研制、技术开发和储备的“龙头”,担负着固体动力技术研究、开发、设计和环境试验的国家一类专业设计单位。多年来,他们既重视研究条件改善,又注重人才培养。在完善固体火箭发动机燃烧、热结构与内流场国防科技重点实验室的基础上,又对喷管推力向量控制试验室进行改扩建;各种先进的燃烧、流动和结构大型分析软件配套;建成了数字化网络信息中心,提升了设计手段和水平;并于1998年通过了ISO9000质量体系认证。作为硕士研究生学位授予单位,该所不仅为自己培养了近百名硕士、博士,还支援兄弟单位一大批技术骨干;国际宇航科学院院士杨南生、中科院院士邢球痕、国家级专家叶定友、田维平等是该所优秀人才的杰出代表。

这同样是个奇迹。50年前,为了巩固社会主义建设成果,中国决定开始研制现代固体火箭。面对国际上的重重封锁,中国航天人用智慧、汗水乃至血水,在火箭故乡再次书写了惊天动地的传奇。

这是一座始建于上世纪60年代的固体火箭发动机试车台。它经历过近千次发动机试车试验,是我国航天固体动力事业从无到有、从弱到强不断发展的见证者之一。

筚路蓝缕,攻坚克难

“伟大的奇迹”——钱学森曾对这项事业作出如此评价。他说:“中国固体火箭发动机取得的成绩,完全是靠自力更生得来的,没有外国援助,没有经过仿制阶段,这是一个伟大的奇迹,是中华民族的骄傲!”

古都西安,在中国航天固体动力实力最强、规模最大的固体发动机专业研究院——中国航天科技集团第四研究院,82岁的中国科学院院士邢球痕向记者回忆50年的研制历史时,依然感慨万分。

“50年来,中国航天固体动力事业艰苦创业,顽强拼搏,走出了一条自力更生、自主创新的发展之路,为增强我国国防实力和综合国力做出了突出贡献。”中国航天科技集团公司第四研究院院长田维平说。

火箭在我国古代拥有悠久的历史,但现代固体火箭却起步晚。1956年,国防部第五研究院成立,钱学森任首任院长。1962年,在钱老的提议下,成立了国防部五院固体发动机研究所,这也是四院的前身。

起航:小药条点燃大事业

“固体火箭发动机作为导弹武器及航天运载动力的独特用途,就决定了这项事业从诞生那天起,就只能走自力更生的道路,充满漫长而艰辛的探索。”邢球痕告诉记者,“起初条件很艰苦,几乎可以说一无所有。”

建国初期,人民解放军手中最“精良”的武器仅是缴获的美式装备。而当时驻扎在我国周边的世界强国军队手中,则掌握着最先进且具有核打击能力的武器——固体导弹因具有结构紧凑、可靠性高、机动性好、辅助设备少、维护简便、生存能力强、发射准备时间短等优点,引导了先进武器的潮流。

那时候,一批刚刚走出校门不久的大学生,基本没有学过相关专业,凭着工作热情反复研究方案,几经磨难,孕育出固体火箭推进剂第一支药芯;点火试验没有试车台,就自己动手在被称为“土地庙”的小木屋建造了中国固体发动机第一个试车台……

西方大国不断施加的露骨核威慑,让新中国领导人对强大军事实力的重要性有了深刻体会。领导国防科研的聂荣臻元帅掷地有声:我们也要搞固体导弹!

在危难关头,他们面对的,甚至是生与死的考验。

1956年10月8日,在党中央、国务院、中央军委的直接领导下,我国第一个导弹研究机构——国防部第五研究院成立,刚刚归国不久的钱学森任院长。随后,国家在发展液体燃料火箭技术的同时,做出了建立和发展我国固体燃料火箭发动机技术的战略决策,对建立我国完整的导弹、航天体系产生了重大而深远的影响。

某重点战略固体导弹发动机研制初期,一台即将试车的发动机发生大面积脱粘。为了减少损失并彻底查清疑点,当时,四院人综合考虑后选择了人工挖药,可如果稍微操作不当,就可能导致爆炸起火,3000多摄氏度的高温把钢铁都能熔化。

位于北京南郊的东山沟,搬来了一群刚走出校门不久的大学生,他们是五院新成立的固体推进剂研究室成员。当时国外对固体火箭发动机技术严加封锁,我国的工业基础又十分薄弱,相关领域一片空白,研究探索之路困难重重。这些风华正茂、怀揣强国梦想的年轻人凭着对国防尖端技术的满腔热情,四处奔波,翻阅浩如烟海的国外公开资料,从“复合推进剂”、“贴壁浇注”、“星形内孔”等简单词汇入手,开始了固体火箭动力技术的艰辛探索。

“这种情况下,突击队员没有丝毫犹豫。挖出300多千克的药后,经过重新浇注灌浆的发动机试车成功。”邢球痕说,每一次创新背后有无数个攻坚克难的故事,永远铭记在航天人心中。

1958年7月的一天,东山沟里特别热闹。人们围着一根灰色的手搓药条,情绪很激动。它被点燃了,耀目的火焰立刻腾起,映亮了一张张喜悦的面孔。后来,这根只有铅笔大小的复合推进剂药条被形象地称为“中国固体第一芯”,而它发出的光芒,也成为了中国航天固体动力事业的希望之光。

惊天动地,成就斐然

1962年7月1日,国防部五院固体火箭发动机研究所在四川泸州远郊成立,成为了中国航天固体动力事业的发祥地。自此,这项事业正式起航。

1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”顺利升空。当时长征一号的末级发动机采用了固体动力,它的有力一推使卫星准确进入预定轨道。

长征:艰辛征途走出多项“第一”

这是固体动力在我国航天领域的首次应用,随着其技术的成熟,它惊天动地的力量日益显现。

“当时我和很多年轻人一样,渴望到祖国最需要的地方去报效国家。”原国防部五院四分院驻内蒙古指挥部副主任陈克明回忆起50年前刚参加工作时的情景,感慨万千。“听说我分到国防部五院,同学都很羡慕,因为这是国防领域最尖端研究单位,可以研究最前沿内容,是我们心中的科研殿堂。”

1982年,我国潜地固体导弹巨浪一号发射成功,中国成为世界上第五个拥有潜艇水下发射导弹能力的国家,具备了二次核打击能力。

来到固体火箭发动机研究所报到时,陈克明发现这里与想象中的殿堂很不一样——一间教室既是办公室又是宿舍;一个组里二三十人,只有两台手摇计算机、五块图板。“真算得上是白手起家。”他说。

建国60周年大阅兵中,多种型号固体导弹武器盛装亮相,更是让世界见识了中国的强大“神剑”。

这一年,留学归来的赵殿礼也来到这里。“条件很艰苦,几乎可以说一无所有。”如今已是航天科工六院高级顾问的他回忆说,“没有参考数据、没有专家指导,研究人员只能边基建、边研究、边攻关、边生产。”

“一个国家有强大的国防,才不会成为被人蚕食的对象。”四院党委书记张康助介绍,进入四院的员工,学习完固体火箭的历史后,自豪感油然而生。“他们爱航天爱事业,更肩负着对祖国、人民的责任感和使命感,默默奉献,将航天精神薪火相传。”

困难不仅于此。伴随着国际政治格局、气候、环境等诸多因素的变化,以及国家“大三线”建设的战略部署,航天固体动力战线广大工作者不得不开展了中国航天事业发展史上特殊的“长征”。半个世纪岁月中,他们走过了北京东山沟、四川高坝草原、内蒙古塞外戈壁、陕西秦岭深山、湖北谷城峡谷……足迹踏遍了大半个中国。这支英雄的队伍背负着祖国的重托,钻深山、走荒原、闯戈壁、斗风沙,他们喝过黄泥水、住过干打垒,献出了青春甚至是生命。然而,这一切始终没有动摇他们对事业的执着,没有改变他们对祖国的承诺。

50年来,我国航天固体动力技术从无到有,从小到大,导弹武器逐步实现了由液体动力向固体动力、由固定发射向机动发射的跨越发展。截至目前,我国已形成战略、战术型号并举,拥有地地、地空等各种系列固体导弹的大家族,构筑了空中、陆上、水下全方位的打击和防卫能力。

就这样,他们创造了中国航天固体动力事业发展史上无数个“第一”——

不仅应用于国防领域,运用固体动力造就的载人航天逃逸救生系统,还是航天员的“生命之塔”。在火箭发射过程中,一旦发生危及航天员生命安全的意外紧急情况,2秒时间逃逸塔就会启动,将载有航天员的飞船返回舱带离危险区域。

1965年,我国第一代实用固体发动机——直径300毫米发动机一连经受了六次飞行试验考核,取得圆满成功,标志着中国已有能力自行研制以固体复合推进剂为动力的火箭发动机。

“载人航天逃逸救生系统从1992年开始进入工程研制,先后攻克多项技术难关,堪称世界最先进水平。此前该系统已顺利完成从‘神一’到‘神八’的任务,这次针对神九任务,我们又对关键部件设计等进行了改进,全力保证航天员的安全。”四院副院长、我国第一位航天固体动力发动机博士侯晓告诉记者。

1970年4月24日,我国首颗人造地球卫星“东方红一号”顺利升空。长征一号火箭末级的固体动力发动机最后一推,使卫星准确进入预定轨道。

国计民生,大显身手

1975年11月29日,我国第一颗返回式卫星上装载的返回制动发动机按指令点火,将卫星回收舱精准送回地面预定区域。此后,该返回式变轨制动发动机及其改进型号数十次成功参与我国返回式卫星发射及回收,被授予国家质量银奖。

火箭,是人类走向太空的桥梁。“我们不仅要打造精良的发动机把火箭送上天,还要将航天技术服务到国民经济建设和普通百姓日常生活中。”四院院长田维平说。

上世纪80年代初,我国第一代潜射导弹飞行试验相继获得成功,标志着中国已经具备了大型固体运载火箭的研制、生产能力。

2008年,北京奥运会开幕式在即,一场暴雨即将莅临京城上空,怎么办?应用航天固体动力技术的火箭弹,成功将暴雨拦截在城外,确保了开幕式顺利举行。

1983年,我国第一台直径两米大直径金属壳体、第一台直径两米大直径复合材料壳体发动机试车成功,直接推动了我国第二代远程战略固体导弹的正式立项。

2011年,面对我国长江中下游地区发生的60年不遇的大旱,增雨防雹火箭开展大规模的人工降雨作业缓解旱情。

1984年4月8日,我国第一颗地球同步轨道通信卫星“东方红二号”发射成功,远地点发动机准确将卫星送入预定轨道。此后该远地点发动机及其改进型,在系列通信卫星、气象卫星发射中屡建奇功,获得国家质量金奖殊荣。

如今,作为国内第一家把火箭技术用于防灾、减灾的单位,四院面向减灾、防灾等人工影响天气和气象探测市场领域的服务,在全国28个省区市得到广泛应用。

1999年,我国新型远程战略导弹首飞成功。地撼山摇中,导弹如旭日东升,把中华民族不屈的信念书写在了浩淼的太空……

此外,利用火箭发动机爆燃技术发明的双金属复合输油管线,解决了特殊环境对管道性能的要求;利用复合材料核心技术优势,研制生产的完全自主知识产权的飞机碳刹车盘,打破国际技术垄断,结束了我国从国外进口该产品的历史。……

经过50年的建设和发展,中国航天固体动力事业逐步形成了覆盖战略、战术、防空以及宇航等全应用领域、多尺寸、宽射程、系列化的固体动力产品体系,有力支撑和推动了我国完备的固体导弹武器装备体系的形成和航天事业的跨越发展。其中,地地战略、战术导弹逐步实现了从液体动力向固体动力,从近程、中程、远程到洲际,从陆上发射到潜艇水下发射,从固定阵地发射到机动隐蔽发射,拥有了有效的核威慑力量和防御反击力量;防空导弹已形成了高空、中低空、低空等地空导弹系列,拥有了不同发射方式、攻击不同空域的防空装备体系。各型固体战略、战术导弹批量列装部队,极大增强了国防实力,为我国构筑起了陆、海、空、天全方位的“钢铁长城”。

雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。

腾飞:将固体动力事业推向新的高度

田维平说,站在新的历史起点上,中国航天人将进一步履行好富国强军的使命,不断推动我国由航天大国向航天强国迈进。来源:航天科技集团网站

在数十年发展历程中,我国航天固体动力事业逐渐形成由两家主要单位共同支撑的格局,分别是位于西安的航天科技集团四院和位于呼和浩特的航天科工集团六院。两家单位秉承着先驱的优良传统,将这项事业推向了新的高度。

1995年11月28日,航天科工六院研制生产的近地点变轨火箭发动机(EPKM)经过120分钟无动力滑行后,把亚洲二号通讯卫星送入地球同步转移轨道。一个月后,又把美国艾科斯达一号通讯卫星送入同步转移轨道,为我国固体火箭打开了走向国际商业市场的大门。

“目前六院已相继投入使用了一大批高、新、精、尖的研制、生产、试验设施和现代化厂房,稳步推进了固体动力核心能力建设及区域统筹建设,建成了专业门类齐全、配套完整、综合实力雄厚的大型固体火箭发动机研制生产基地。”院长焦继革介绍。

同是1995年,四院人却经历了一场刻骨铭心的失败。4月19日,载人航天逃逸系统动力装置中结构最复杂、研制难度最大的主逃逸发动机在四院进行首次热试车。点火后不到1秒钟,高燃速火焰瞬间将四个前置喷管的弯管部分烧穿,整个试车台一片火海。

载人航天逃逸救生系统又名“逃逸塔”,被誉为航天员的“生命之塔”。从1992年开始,四院科研人员主动请缨、从零开始,承担起了此项重任,但首次试车的失败,对他们而言无疑是一个残酷的“下马威”。

然而他们没有畏缩,仅用不到4个月时间便解决了问题。自“神一”到“神九”,航天科技四院提供的逃逸系统发动机动力源经受住了考验,圆满完成任务。

2009年3月,四院研制的新型固体120吨大推力发动机关键技术考核地面热试车取得圆满成功,次年4月,分段对接演示验证发动机地面热试车取得成功,成功验证了固体火箭发动机分段对接技术,为后续大型固体发动机分段对接技术的发展奠定了基础。

“如今的四院已实现战略、战术型号并举,拥有地地、地空、潜地、海防各种系列几十种型号的大家族。”四院党委书记张康助表示。

责任:“服务国民经济建设,我们责无旁贷”

“精良的固体发动机不光能让火箭一飞冲天,也能与国民经济建设和普通百姓日常生活联系起来。”六院党委书记王忠民说。

对此,田维平有着强烈的共识:“履行好富国强军使命是党和国家赋予的重任,积极承担社会责任、服务国民经济建设,我们同样责无旁贷。”

多年来,四院和六院坚持自主技术创新,积极实施军品核心技术向民用领域的成果转化,一批具有航天技术优势、市场前景广阔的航天技术应用产业项目迅速成长。

据了解,如今四院充分利用现有航天研发体系及其技术和资源优势,成立了高性能碳纤维及应用、力学量传感器及系统集成技术工程、特种金属材料加工及应用、高性能薄膜材料和胶粘剂应用等八大航天技术应用产业技术研发中心。共获得专利技术500余项,承担国家、省市重大课题20余项,获省部级以上奖励10余项。同时大力发展战略性新兴产业,已形成以固体火箭技术应用、精细化工、复合材料、特种金属材料及装备四大板块的航天技术应用产业发展格局,并在相关领域培育了一批具有市场领先地位的核心企业,开发出飞机碳刹车盘、增雨防雹火箭、双金属复合管、太阳能热场材料、复合材料电缆芯等项目和产品,取得了良好的经济效益和社会效益。

六院同样依托航天固体动力核心技术,聚焦高端装备制造、化工及新材料、信息技术与工业自动化、现代服务业等领域,培育形成了F-12高强有机纤维、风电塔筒、风机叶片、空冷凝汽器、稀土萃取剂、乳酸系列产品、电气自动化设备、物联网技术等一批极具市场潜力和发展前景的重点产业化项目,为固体动力事业的长远、可持续发展奠定了坚实的物质基础