文章來源：中國航天科技集團有限公司 發布時間：2020-05-18
“據鞍橫劍，碧水銀灘策馬看。枕戈而眠，濤語椰香入帳簾。旌旗漫卷，袍澤瓊崖戰合練。鼙鼓驚天，群英龍樓送新船。
斗轉星換，十年終鑄成巨箭。甘苦暑寒，波折歷罷捷報傳。初心不變，今日夢筑空間站。更待來年，鯤鵬扶搖九重天！”
2020年5月5日夜，長征五號系列火箭總設計師李東寫下了這首《減字木蘭花·賀長五B首飛》。
長征五號B運載火箭從2011年正式立項研制，型號隊伍歷經近10年鏖戰，又在決戰前頂住了抗疫“保衛戰”，終獲首飛勝利。
放眼長五系列火箭研制全程，自2006年長征五號運載火箭立項，乃至更早的1986年啟動論證，無數個日夜里，幾代長五人嘔心瀝血鑄巨箭，也鑄就了“技術精湛、作風精細、操作精準、分析精確、合作精誠”的“五精”精神。
這種精神已融入團隊成員的血液，成為他們攻堅克難、協同創新的不竭動力。
技術精湛——風云際會謀跨代 技術追求無止境
長征五號系列火箭第一總指揮李明華常說，長五系列火箭是“夢想之箭”，是實現航天強國夢想的“頂梁柱”。
從大型高軌衛星到月球采樣返回、火星著陸巡視探測器，都要由長五發射；從空間站核心艙、實驗艙到后續模塊，都要靠長五B火箭托舉。
從大推力發動機、大直徑箭體結構到國際先進的控制系統，中國運載火箭技術的一系列跨越，乃至相關領域材料、工藝、裝備的升級，都要通過長五工程來牽引。
跨代工程、圓夢工程，非技術精湛者恐難為之。所謂精湛，不僅要通曉并應用前沿技術，還要頂得住攻關中的質疑與壓力，同時也要平衡好先進技術與工程總體目標的關系，有所為，有所不為。
于是，一群有夢想、善創新、肯實干的人被集結起來。
分管長五系列火箭控制系統的副總設計師李學鋒是原中國航天工業總公司一院12所（今航天科技一院12所）引進的第一名博士后，也是把數字化控制系統引入型號的第一人。“當時質疑聲很大，我們頂著壓力干，最終取得了成功，推動了控制系統的跨越式發展。”李學鋒說。
2007年，李學鋒被調到長五隊伍，一干就是13年。他帶領團隊系統攻克、應用了總線控制等一系列關鍵技術，采用系統級冗余設計，為長五系列火箭打造了技術水平、可靠性均位居國際先進之列的“超級大腦”。由于注重產品化，長五、長五B火箭控制系統硬件完全通用、軟件也無需大改動，這也進一步提高了產品的可靠性。
在長五系列火箭團隊中，還有許多人像李學鋒這樣，收起光環，躬身加入，默默耕耘10余年，又創造出新的“傳奇”。除了設計師，也有技能大師，比如這次在海南帶隊連續奮戰數月的“大國工匠”、國家級總裝總測技能大師、航天科技一院211廠天津火箭公司總裝車間副主任崔蘊。
有人說，崔蘊是火箭總裝總測的“通才”“帥才”，還有人說，沒有崔蘊，大火箭可能都立不起來。外行人會問：不就是把火箭一塊塊拼起來嗎，有那么難？內行人則會問：總裝總測包羅萬象，崔大師是怎么學通、干通的？
“總裝是火箭設計的最終實現，裝配過程中的絲毫問題，都可能給火箭飛行造成不可估量的影響。干總裝，不能光看自己這一攤，還要全面了解火箭各個方面的知識，觸類旁通，才能總裝出完美的火箭、向設計部門提出更優的改進意見。”崔蘊說道。
除了帶著傳奇經歷的前輩，更有一大批胸懷夢想的年輕人，技術過硬是他們加入長五團隊的門檻，而對這份事業的熱忱，則是他們技術更加精進的動力。
今年是一院一部長五火箭總體副主任設計師劉秉干航天的第10年，他大部分時間都撲在長五上。劉秉表示，干全新的型號，會面臨一道又一道難題，“解題”的過程很痛苦，但柳暗花明的一刻也因此更令人振奮。責任感與好奇心，讓他們對技術更加執著。
作風精細——風場遍算十年整 “巨箭”躍上東南方
如果說燃料、貯箱、發動機是火箭的血肉、骨骼，控制系統是火箭的大腦，那么彈道就是火箭的基因。要劃出一條最優路線，火箭彈道總體設計師必須掌握火箭在飛行中各個時刻自身狀態與外界環境狀態的細微變化——火箭燃料用了多少？重量減輕了多少？周邊的風向風速是多少？
一院一部余夢倫班組承擔著長五系列火箭彈道總體設計工作。這是我國第一個以院士命名的班組，幾十年來，班組成員拿出一條條經典彈道，把長征火箭的實力發揮到極致。
長五火箭主打地球同步轉移軌道，軌道面接近赤道，通常向東飛。而載人飛船、空間站的軌道面與赤道的夾角很大，所以長五B火箭要向東南方向飛。
彈道總體設計師介紹，中國文昌航天發射場與西昌衛星發射中心同處于西風帶，但西昌緯度更高，常年有穩定吹向東方的大風；文昌則處于西風帶邊緣，風小了，風向就容易亂。若不把高空風的脾氣摸透，無法順風而行，即便壯如長五，上天也有“折斷”的風險。
怎么才算摸透？
彈道總體設計師把整整10年的文昌春季實測風場數據拿來，用火箭標準彈道進行數學仿真“打靶”，記錄下每次試驗的數據并統計分析。伴隨著“火箭”在虛擬世界中的一次次御風而起，文昌高空風的秘密逐漸被揭開——
在95%的風場條件下，火箭采用標準彈道即可安全飛行；另有5%的風場條件較惡劣，風很大，要對這些風的風速、風向進行統計，據此設計雙向風補償程序，進行風修正，也就是讓火箭轉個程序角，調整自身姿態以適應風向，就像人在大風中走路時根據風的方向轉轉身、躬躬腰。在這100%之外，10年不遇的惡劣風條件也有可能出現，這個時候，他們會當場根據實際風場生成一條風修正彈道，盡可能保證火箭按時起飛。
操作精準——中國最大整流罩 嚴絲合縫“零誤差”
在許多人看來，火箭是身著堅硬鎧甲的巨人，其實，為了盡量減重，大部分火箭外殼又薄又軟，有的甚至薄如蛋殼；有的部段在總裝之前，如果不拿維持標準形態的架子固定，就會“癱”在地上；拿起放下時，還會出現“顫顫巍巍”的“呼吸現象”，給總裝對接帶來困擾。整流罩，就是最輕、最薄、最軟的部段之一。
長五B火箭的整流罩還創造了國內最大的紀錄，高達20.5米，比長五火箭整流罩高8米，直徑達5.2米，“呼吸現象”也最明顯。而要保護好新飛船試驗船以及后續空間站艙段，整流罩總裝必須達到嚴絲合縫“零誤差”。
怎么才能把活干到最精準？一院211廠天津火箭公司總裝車間的駱鑫生接到長五B火箭整流罩發射場總裝指揮任務的那一刻，頭腦中就開始反復琢磨這個問題。而那時，他還在文昌執行長五遙三火箭任務。
雖然從2015年就帶隊赴發射場執行總裝任務，但干整流罩，駱鑫生還是第一次。一上手，就是中國最大的整流罩。
這么重的任務交給“新手”能行嗎？崔蘊透露了他的考量：“駱鑫生干活仔細、善琢磨，指揮能力也可以，長五遙三等任務干得都不錯。”同時，以往長五火箭整流罩都是車間總裝二組在干，駱鑫生是一組組長，這次干成了，車間就又可以增添一支有駕馭大整流罩經驗的隊伍了。
要想把活干得精，必對產品摸得清。整流罩的每一處結構、尺寸，駱鑫生都爛熟于心——在整流罩的縱向分離面的細管里，要插入40多米的導爆索，這是整流罩分離的關鍵，絲毫不能損傷；502個凹口螺栓用來固定分離面，上面的保護殼還有1004個小螺栓，每個螺栓允許加的力矩僅6牛，稍有誤差都可能影響分離……他把整流罩總裝的過程在頭腦中模擬了無數遍。
借鑒經驗也很重要。駱鑫生向二組的同事請教整流罩總裝方法、難點，并把自己的思考結合同事的經驗，制定出精細的實施方案，向自己的隊員們交底。
駱鑫生鼓勵隊員們開展頭腦風暴。隊員是總裝工作的主角，他們發揮各自專長，群策群力，解決了許多總裝過程中的突發問題，把裝配精度干到極致。
在總裝現場，不僅有崔蘊大師，還有一位經驗豐富、年逾古稀的老專家吳宏恩，兩位前輩把自己的經驗傳授給年輕人，并針對總裝中遇到的難題隨時進行指點。
這次任務包括長五B合練與首飛，團隊裝兩次、拆一次，相當于干了三發箭的整流罩，但仍能保證高質量、按節點完成。
在長五B首飛過程中，兩瓣七層樓高的整流罩準時分離，動作干凈利落。
分析精確——傳力脈絡重拓撲 “胖五”減肥變“壯五”
“胖五”是大家給長五系列火箭的昵稱。不過，在設計師們眼中，長五系列火箭就是自己的孩子，當家長的都希望孩子又壯又帥，想方設法幫孩子減掉“贅肉”。
“尤其是對于長五B這個構型。”八院長五系列火箭項目辦主任張修科介紹，以往火箭有二級甚至三、四級，一級、助推器減重對提高運載能力的貢獻不是特別明顯。可長五B只有一個芯級，假如助推器能減125公斤，火箭就能多送約100公斤東西上天。
但是，火箭在初始設計時就很注重減輕重量了，再想減必須精確分析，否則有可能降低火箭可靠性，甚至影響成敗。
八院長五系列火箭助推器團隊把目光投向了本型號的特有的斜頭錐。這里是把數百噸推力傳遞給芯級的地方，為了抗住勁，捆綁點及周邊的“筋骨”設計得很瓷實。不過，團隊成員經過仔細分析，發現了既扛勁、又減重的兩全法。
“助推器捆綁連接處受到的局部彎矩很大，就像一個人單肩扛重物，肯定不舒服。”張修科介紹，“若用杠桿原理，在捆綁連接處延伸出一根‘扁擔’，變單肩扛為雙肩挑，這不就輕松多了嗎？”
“另外，助推器頭錐初始設計的時間已過去10多年了，那時候傳力計算分析方法的效率較低，為了提高可靠性，還會在設計過程中再‘找補’。”八院長五系列火箭產保副經理吳小軍介紹，“如今，我們采用更先進的軟件進行拓撲優化，找到最簡潔的傳力方式，并把理想的拓撲優化結果工程化，變成可以實際造出來的產品。在復雜結構件的生產方式上，我們淘汰了化銑工藝，采用機械加工，進一步提高加工精度。”
團隊在捆綁連接處、氣瓶、管路等方面開展的減重工作，共為4個助推器減輕了約700公斤，火箭由此增加的運力，相當于3顆東方紅一號衛星的重量。
除了減重，助推器團隊近兩年還開展了一系列“再分析、再設計、再驗證”工作，對增壓輸送管補償器等進行改進，目的都是為了讓長五B火箭更壯，飛得更棒。而這些改進成果，將應用在全系列長五火箭中。
合作精誠——各系統完美協同 大推力直接入軌
作為航天復雜巨系統工程，長五系列運載火箭的研制離不開各系統、各專業乃至各行業的通力合作。而長五B火箭首飛驗證的大推力直接入軌技術，就是各系統精誠合作的典型代表。
以往火箭末子級的主發動機推力較小，與推力更小的姿態控制發動機配合，共同對航天器入軌前的位置、姿態進行微調。而長五B火箭只有一個芯級，兩臺氫氧發動機的總推力達到百噸級，從地面點火一直工作到把航天器送入軌道，還要實現航天器高精度入軌，難度極大。
氫氧發動機要“打全場”，首先要確保可靠性，而驗證可靠性，就需要批量生產發動機、進行大規模的地面試車。在生產方面，一院211廠發動機生產、裝配等車間24小時多班倒，這道工序開始干，下一道工序的操作者已經上崗了，不讓產品等人，而是讓人等產品，連“大國工匠”高鳳林都會凌晨上崗，親手焊接發動機部件。
在試驗方面，六院101所氫氧發動機地面試車團隊反復分析試驗系統組成、試驗流程、系統轉換流程，采取工作時間量化、碎片時間利用、部分工作并行等措施，邊施行、邊調整，最終完成了對試驗流程的優化，使單次試驗準備周期縮短了一半以上，試驗系統轉換周期也縮短了一半，試車效率大幅提高，讓發動機可靠性得到充分的地面驗證。
除了提高可靠性，發動機“后效”也是影響精確入軌的重要因素。火箭發動機“后效”就像燃氣灶關閉后的“余火”，對航天器精確入軌帶來不可控因素。六院北京11所氫氧發動機設計團隊分析出發動機“后效”的估計值；一院長五系列火箭控制系統團隊要充分考慮“后效”的誤差，通過數學仿真“打靶”模擬上萬種情況，驗證制導控制率設計的正確性；彈道總體設計也要考慮發動機“后效”的偏差，完善彈道設計方案……
在各大系統的共同努力下，長五B火箭首飛即實現大推力直接入軌，精度堪稱“正中靶心”，在太空刻下長五團隊“五精”精神的印記。
【責任編輯：龍靜怡】
