12月19日，國家航天局在京舉行探月工程嫦娥五號任務月球樣品交接儀式,標誌著我國首次地外天體樣品儲存、分析和研究拉開序幕。
▲在交接儀式活動現場，工作人員給嫦娥五號月球樣品容器蓋上紅布
據統計，「嫦娥五號」從海南文昌航天發射場出發奔向月球，經地月和環月飛行，在月面選定區域著陸，完成月球樣品採集工作，從發射入軌到返回器再入回收，共經歷11個飛行階段，23天的太空探險。要完成這些飛行工作，離不開長徵五號運載火箭和嫦娥五號探測器上裝載的107臺發動機的保駕護航。
近日，紅星新聞記者對話中國航天科技集團有限公司第六研究院（以下簡稱航天六院）多位參與者。此次，該院共研製交付了107臺大小發動機，其中長徵五號遙五火箭上配套30臺發動機，包含8臺120噸級液氧煤油發動機、2臺50噸級氫氧發動機及2臺9噸級膨脹循環氫氧發動機，為我國新一代運載火箭研製出的主動力裝置。
此外，探測器配套77臺發動機，完成軌道修正、近月制動、月面上升等一系列繁重任務。尤其是為探測器量身定做的2型3臺新型發動機——3000N軌控發動機和7500N變推力發動機，發揮關鍵作用，全程為探測器落月、取樣和返回提供動力保障。
30多年研發生涯
試驗時間近10萬秒
11月24日4時30分，我國長徵五號遙五運載火箭在海南文昌航天發射場點火升空，經過2200多秒的飛行，成功將「嫦娥五號」月球探測器送入地月轉移軌道，發射取得圓滿成功。
此時的發射中心控制大廳迴蕩著沸騰的歡呼聲，此前緊張的情緒終於得到釋放，工作人員相互擁抱，記者將攝像機對準喜悅的人群，不少人在後面的電視轉播鏡頭中看見了自己。
▲航天六院液氧煤油火箭發動機領域總師劉站國
飛行時間剛過2000秒，50多歲的劉站國將身邊的年輕人推向鏡頭，悄然離開喧囂的人群。心臟功能不是很好的他，從前一天就沒有休息，此時準備回去補個覺。
「原來試車很激動，激動是因為那時候還有問題，擔心會不會爆炸。現在發動機打造好了我就很平靜，因為有信心，知道發動機不會出問題。」劉站國向紅星新聞記者表示。
上世紀九十年代初，剛剛研究生畢業的劉站國參與到研製團隊中，經過二十多年時間，研製成功具有世界領先水平的120噸級YF-100、18噸級YF-115等多種型號液氧煤油發動機，使我國近地軌道最大運載能力提高到2倍以上，為探月工程、火星探測等重大任務奠定動力基礎，劉站國也成長成為新一代研製者的領軍人物。
在航天六院液氧煤油發動機領域總師劉站國看來，液體火箭發動機難就難在它是一個很複雜的熱力機械，很多知識是書本上找不到的，需要不斷地在實踐中去探索。在他30多年的研發生涯中，共研製出300多臺發動機，交付70多臺，試驗時間近10萬秒。
▲航天六院液氧煤油火箭發動機領域總師劉站國
發射嫦娥五號探測器的「長徵五號」運載火箭上，配套了航天六院研製的30臺火箭發動機。其中，8臺120噸級液氧煤油發動機、2臺50噸級氫氧發動機及2臺9噸級氫氧發動機，全部是我國新一代綠色環保發動機，護送嫦娥五號開啟探月之路。
最緊張的倒數十秒
對於這次火箭發動機的表現，在長徵五號運載火箭副總設計師、航天科技集團六院11所液氧煤油發動機副總師陳建華看來，火箭入軌精度是十環中的十環，靶心中的靶心，準確無誤地將嫦娥五號送達預定軌道。從發動機備料開始，到生產、試驗、交付、組裝、運輸、檢測，一直到最後的發射到達精準入軌，圓滿完成任務。
陳建華告訴紅星新聞記者，在液體火箭發動機專業術語裡，有一個很讓人頭痛的詞兒，叫「不穩定性」，是液體火箭發動機研製中的第一大難關。過去很少有人研究這個問題，因為它涉及到燃燒、傳熱、流動相關的所有問題，極其複雜又極其危險。
「從液氧煤油發動機研製到現在30來年，我們仍然在對這個問題進行研究。一個問題居然孜孜不倦、樂此不疲研究了30年，而且越研究越能發現一些新問題，特別是一些新的技術風險。因此，搞火箭發動機，通俗來講，是一個在刀尖上跳舞的專業。」陳建華說。
航天六院11所負責發動機技術抓總、成品驗收與交付等工作。相比於前輩，今年35歲江勇顯得年輕很多，他所在的常溫液體火箭發動機總體研究室，主要負責液體火箭發動機的總體工作。
「我個人來講，每次火箭發射前倒數前10秒是最緊張的時刻，然後就是在發動機點火之後的四五秒，因為大部分發動機出現問題就是在這個時間內。」江勇坦言道。
這次發射，江勇和他的同事們在西安觀看了火箭發射和探測器落月起飛的全過程。從現場的工作人員反饋的數據看，發動機各項參數都比較完美，江勇緊張的心終於放鬆下來。
單臺發動機3000多個零件
近10萬個工序
航天液體動力的典型特點是燃燒壓力高、流量大、過程複雜，工況惡劣，故障發展迅速，難以進行容錯性設計和實時維護。每臺發動機融合熱力、氣動、燃燒、流體等多個學科，涉及機械、材料、化工等多種行業，幾千個導管、上萬道焊縫，一旦上箭沒有冗餘，每一個短板都是影響任務成功的關鍵。
一臺火箭發動機，從原材料進廠到發動機出廠，一般需要兩年的時間。作為我國唯一的大型液體火箭發動機專業研製生產廠，航天六院7103廠負責發動機生產及總裝，承擔通用物資採購、零組件生產、發動機集成測試，承擔著高密度發射重任。
「單臺發動機上有3000多個零件，將近10萬個工序。從原材料入場到產品出廠，全廠2000多名工人幾乎都會參與其中，任何一個環節出問題都會影響發動機最終的表現。」
7103廠總工程師陳新紅告訴紅星新聞記者，液體火箭發動機研製工藝流程非常複雜，涉及機械加工、鍛造、鑄造、鈑金、焊接、特種加工、裝配等20餘個製造專業，近70種工藝方法。目前，無論是我國還是國際上其他國家，發動機生產過程自動化程度都不高，初略統計自動化率為10%左右。其中的焊接、檢測、裝配等核心步驟都需要人工完成，這也解釋了為什麼航天領域誕生出那麼多位「大國工匠」。
長徵五號遙三液氧煤油火箭發動機出廠前，7103廠對產品全面進行X光透視檢查，對1萬多張底片進行判讀，對不可檢、不可測項目再次進行檢查確認。
「發動機檢測方法非常全，包括尺寸檢測、表面質量檢測、內部質量檢測等多項流程。有些肉眼看不到的地方要用X光、超聲波檢查，可以說我們人在醫院體檢用到很多檢測設備，火箭發動機也都會用到。」陳新紅說。
用於嫦娥五號著陸與返回的三套推進分系統，六院為其研製了77臺大小不同、性能各異的軌姿控發動機。其中軌道器上的一臺3000N發動機，為地月轉移、月地轉移中途修正、近月制動、離月加速提供推力，而上升器上的另外一臺3000N發動機，將為月面起飛提供推力，相當於月球上的一枚微縮版運載火箭。1臺7500N變推力發動機，將完成探測器著陸組合體月面軟著陸任務。
零件精度控制在頭髮絲的八十分之一
航天六院7103廠閥門製造車間車工張勇峰，他曾是全國五一勞動獎章獲得者。由他帶領的閥門車間機加一組承擔各型火箭發動機百餘種閥門組件的生產任務，精確度會直接影響火箭發動機能否正常啟動、關機、調姿。
嫦娥五號探測器接近月球後會受月球引力影響，下落速度過快會撞向月球。7500N變推力發動機的功能是探測器近月之後產生反向的推力，起到一個「剎車」的作用。
▲嫦娥五號探測器
「距離月球地表大概有100米的時候，7500N發動機開始工作，形成反推力來克服嫦娥五號撞向月球的慣性；大概距離月面幾十米高的時候，發動機可以使探測器做到空中懸停，使探測器漂浮空間，來觀察地面的情況，選擇平緩的地面再繼續下降。到了離月面4米高的地方，發動機關機，探測器緩慢平穩著陸。」張勇峰表示。
要使發動機做到上述工作，需要依靠流量調節器這個重要的組件。流量調節器上面所有的零件都是由張勇峰和他所在的車間加工的。由於零件精度要求極其精密，從產品的研發到投產，前後花費了近10年時間。
「平時我們加工液氧煤油發動機裡面的零件，絕大多數零件公差已經很小，拿頭髮絲來形容是二分之一到四分之一的寬度。而流量調節器裡面個別零件，比如調節流量用的調節錐，它的零件精度要控制在一根頭髮絲的八十分之一，比平常零件要高出幾十倍的精度，屬於精密加工。從工藝設計到製造投產，我們攻克了許多難關。」張勇峰告訴紅星新聞記者。
「這次長徵五號發射，發動機表現十分完美，我看火焰特別漂亮，發動機噴出的火焰對稱性和均勻性有一種美，說明它工作狀態很好。」陳建華說，接下來長徵五號還承擔了發射空間站核心艙等多個重大任務，他們也還在繼續攻關更大推力更為先進的航天發動機。
紅星新聞記者 任江波 攝影 王紅強
編輯 郭宇
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