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张智 我见证了中国的载人航天事业

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1987年,我从北京航空航天大学毕业。那时,我们工作包分配,国家需要我们去哪里,我们就去哪里。我是学飞机制造出身的,临毕业时,我当时只知道自己要被分到航天部,但航天部在哪儿、我去了要干什么,这些我都不清楚。等我到了中国运载火箭技术研究院门口,我才知道我是被派来造火箭的。造飞机和造火箭从专业上来讲跨度并不大,但存在一些设计理念的区别。比如说,飞机要重复使用,所以要进行疲劳设计,以保证飞机多次飞行后依然是安全的,我的本科论文做的就是这个。但火箭不一样,火箭是一次性使用的,它考虑的是发射以后承受的冲击强度,要做强度方面的试验。
  我刚到中国运载火箭技术研究院时,恰好赶上国家提出“863计划”(国家高技术研究发展计划),计划明确提出“中国在航天技术方面取得了巨大的成就,但在载人航天方面仍是空白”,要将建设空间站作为航天技术领域的两个主题项目之一。既然要送人类上太空,就必须有天地往返运输系统。那个时候,使用航天飞机的思想还很流行,美国1981年就实现了航天飞机的首次载人飞行。论证的时候,老一辈的科学家也讨论了中国发展航天飞机的可能性,但考虑到投资强度和国内的技术基础,最终决定使用国内现有的长征二号E运载火箭适当改进后发射载人飞船,由此开启中国的载人航天“三步走”战略。
  “三步走”战略提出来后,我们院的任务就是在长征二号E运载火箭的基础上,研制长征二号F火箭。作为载人航天工程的重要组成部分,长征二号F火箭的研制既要在运载能力、入轨精度等性能指标上下功夫,更需要考虑可靠性和安全性指标。我被分配的任务是做火箭的逃逸系统。这个系统体现在长征二号F火箭上是一个类似于避雷针的构造,我们称之为“逃逸塔”,它位于飞船顶部,高8米,在火箭发射过程中万一发生危及航天员生命安全的意外情况,它要确保航天员能够瞬间逃生、安全返回;在发射顺利时,它还必须按计划点火工作,脱离箭体,让飞船得以继续飞行。
  在当时,我们只清楚一些基本原理,实际操作很难。国际上又很封闭,也获得不到什么帮助。我们也知道火箭炸了要逃,但哪些因素会导致火箭发生爆炸?万一发生爆炸,我们得反应多快才是安全的?我打个比方,如果火箭一秒钟内爆炸的辐射范围是一公里,但你一秒钟只跑了500米,那也是白跑。还有,爆炸会产生火、热、碎片,这三种的危害度有多大,在大气、真空、太空中又有哪些不同?这些,都是摆在面前必须挨个解决的问题。我们先是分析了世界范围内的火箭事故,总结了他们出问题的点,发现逃逸系统的发动机设备最容易出问题,接着是控制系统,这些都成为我们的研究重点。当然,我们也做了很多的模拟试验。我记得推进剂爆炸试验是在长沙一个山坳子进行的,我们做了一个几百公斤重的模拟装置,将它吊起来,等爆炸的时候它掉下来,弄破了两只箱子,用以模拟推进剂爆炸的威力。
  所有的问题都是从摸不到头脑的阶段一个个捋清楚的。长征二号F系列火箭研制,其实就是一个不断认识和补课的过程。2003年10月15日,我们发射了神舟五号飞船,将中国的第一名航天员杨利伟安全地送入了轨道。那一次,杨利伟在天上待了23个小时就返回了地面。当时我们还没有从发射场返回北京,就听说了杨利伟在飞行过程中,经历了一个很不舒服的振动,他后来还在一本书里描述了这个振动:“当火箭飞行到三四十公里高度的时候,火箭和飞船发生了急剧的抖动,产生了共振,那种十分痛苦的感觉,让我的五脏六腑都快碎了,我心里感觉我不行了,我要撑不住了,振动26秒之后,这个振动慢慢减轻,如同一次重生。”
  
  我们觉得这可能是传说中的POGO振动(纵向耦合振动)。从发射场回来之后,我们工作人员一起看了当时的飞行数据,发现这个振动只有8赫兹。随即,我们成立了一个研究组,试图寻找振动的来源。这个工作用了五年的时间:长征二号F火箭是从长征二号E借鉴过来的,由于当时试验条件不具备,这个火箭并没有进行纵向的振动试验,在长征二号F研制的时候,类似的试验也没有进行。这就是我们缺的课、欠的账,既然缺了,就要补上。2008年,翟志刚完成任务回来后,我问他:“你这次飞行感觉怎么样?”他说:“好!平稳!舒服!”5年时间就是为了把一个“不舒服”的“不”字去掉,变成“舒服”。
  不知道你有没有在现场看过火箭发射。在现场看跟在指挥室里是完全不一样的。1999年11月19日,长征二号F火箭首次发射并成功将中国第一艘试验飞船神舟一号飞船送入太空。那天,我在塔架上值班——逃逸塔有一套測温系统,在发射前需要不断地测定其温度,我要在发射前的最后一个小时才能撤到技术区。当时,我就在那里念叨,逃逸塔千万不要使用,因为使用意味着火箭出故障,航天员要逃生。撤离后,火箭点火发射的那一刻,我远远地看着,觉得特别震撼,那一刻我感受到了心脏共振。
  在指挥室里,你只能从屏幕上看,你关注的也只有参数。2016年9月15日天宫二号发射,这是我人生难忘的一次发射经历,也是我当上长征二号F火箭第四任总师后参与的第一次发射。我站在指挥室里,盯着屏幕。那几天,我紧张得上火,腮帮子都肿了。指挥员喊着三、二、一点火起飞,助推器分离,整流罩分离等,一直到这个时候,我都觉得大厅里一片寂静,好像没人在呼吸,等到指挥员报太阳能帆板展开,整个大厅里的掌声才响起。
  这时,我一个人悄悄走了出去,到了指挥台二楼的储物间,我记得它对面是一个厕所。我拿出电话给我们的遥测设计师打电话。“刚才发射的时候,我看到有几个数不对。”我对她说。这几个数很重要,是后续载人飞行时用于地面故障诊断的参数。她当时没有即刻回答我,应该是去检查参数了。晚餐的时候,她告诉我:“那几个数是对的,你看错了。”你看,我得有多紧张,能把对的东西看错。一个月后,我的长征二号F火箭再次将神舟十一号飞船成功发射,顺利将两名航天员送上太空。
  到现在为止,长征二号F火箭已发射13次,发射成功率100%,共发射了6艘载人飞船、5艘无人飞船和2个空间实验室。从某种意义上来说,它已经是一个成熟的产品,技术上的问题很少,技术方案也比较成熟,现在要做的就是如何保证它的稳定和安全可靠。我的责任和目标不只是成功地将天宫二号和神舟十一号发射上去,还要保证不出重大安全事故、不出重大责任事故,这才叫圆满成功。
  这型火箭跟别的火箭有着根本的区别——其他火箭出现问题,可能损失的是火箭和有效载荷。那么,只要有钱,我们可以重新再造一个,一切重来一次。但长征二号F火箭如果失利的话,我们将失去我们的航天员,天宫实验室的建造以及后续的任务都会戛然而止。
  所以,每一次的任务对我们来说都是一个非常大的考验和挑战。任务的关键在于防止人为因素导致的疏忽。我会担心哪些事情没有做好,没有做全。执行神舟十一号和天宫二号任务的时候,我手里有一张任务表,完成一项检查,工作人员会在上面画上一个勾,没有完成的则要解释缘由。每隔一天,我还会招呼相应系统的工作人员开一次“双想会”,即想哪些因素可能会影响安全性和可靠性。我的上一任总师有一个玩笑的事情,他每次干活前,会问工作人员有没有跟家里吵架,晚上有没有加夜班。如果有,他会说:“对不起,今天别干我们的活。”
  后续,中国的载人航天还要建立中国人的空间站,长征二号F运载火箭还会为中国的空间站工程做出它自己的贡献,我希望这个火箭会越飞越好,越来越可靠,越安全,越精准。在担任长征二号F运载火箭总师的同时,我现在开始承担重型火箭的研制工作。这个火箭要承载的是日后的探月、探火任务。我希望这个新型的火箭能够打破长征二号F运载火箭的某些限制,长征二号F运载火箭要求稳定、可靠,新的重型火箭要敢于做一些冒险的尝试,只有这样,才能更为先进。这种感觉还挺奇怪的,我上午开长征二号F运载火箭的会议说要稳妥,下午参加重型火箭的会议,提要有突破。就像两个小人儿在你体内,一个跟你說要保险,一个跟你说要打破常规,我感觉自己要双重人格了。

手记


  跟张智已经是第三次见面,算是“老朋友”了。他是长征二号F火箭的第四任总师。造火箭,这在外界看是笼罩在光环下的事情。但每次见到他,他都会跟我说,自己从事的职业跟别的行业没什么区别,“只不过是别人做冰箱、手机,我们做火箭罢了”。在他看来,两个行当的唯一不同是火箭系统大而复杂,运用的技术小众而高端。
  张智讲话很朴实,我们的采访就像唠家常。这也是航天人共有的特点:朴素、简单。我们采访的那天是9月21日,算下来,恰巧是中国载人航天“三步走”战略实施的第26个年头。因为这一点,张智有些开心,他见证了中国载人航天事业一步一步的发展。1992年,中国载人航天“三步走”战略提出:第一步,建立一个大系统,把中国自己的航天员送上天,运行一段时间后安全返回到地面;第二步,要建立一个空间实验室,为第三步建立空间站做一些技术准备和技术实验;第三步,建立一个中国长期有人驻守的空间站,做很多地面完不成的工程、技术和科学实验。如今,前两步在长征二号F火箭的助推下都已经相继完成,2020年中国空间站也即将建设成功。
2012 年6 月16 日,长征二号F 运载火箭起飞,成功将神舟九号飞船送入太空

  陪张智一起见证这些的,是一沓沓汇编成册的规范。这些全源于长征二号F运载火箭研制和改进的经验和做法。积少成多,有了1000多本。指着上面的每一条,张智都能说出其中的故事。为了保证火箭发射成功,这些规范中的每一条都会落实到一个新火箭的研制和发射过程中去,他们严格甚至有些刻板地检查、追溯和执行。
  有时候,张智会觉得自己就像一个手工匠人,用时间和气力打磨着工作和耐心。长征二号F运载火箭承载着中国载人航天的重大任务,稳定可靠是整个系统对它提出的最大要求。因此,张智一直将安全摆在最高的位置。但这并不是说,长征二号F运载火箭就局限在一个位置或者阶段。它也是在不断地完善和改进过程中。
  在天宫二号和神舟十一号飞船的发射任务中,中国运载火箭技术研究院对两发长征二号F火箭分别做了数十项技术改进。但从提出改进要求到最终落实,这个过程是不容易的。首先,火箭的设计师系统会讨论提议是否可行;其次,要确认改进系统是否会影响别的系统的运行;然后才能进入验证阶段。如果验证成功,方能进入到正式程序阶段,随后还会有一系列的跟踪追查。“我们并不是因循守旧,也会使用新的技术,但前提是不能影响整个火箭系统的安全可靠性。”张智告诉我。

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分类:39期 | 标签: | 18 views