“不容易，這908天感覺一直憋著一口氣，現在終于可以長舒一口氣了。”一位在文昌發(fā)射中心參與長征五號遙三飛行任務的航天人士向澎湃新聞（）感嘆。
2019年12月27日，長征五號遙三運載火箭（以下簡稱長五火箭）在海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將實踐二十號衛(wèi)星送入預定軌道。
這是長五火箭的第三次發(fā)射，也是時隔兩年多后再次執(zhí)行發(fā)射任務。長五火箭由中國航天科技集團第一研究院（以下簡稱“火箭院”）抓總研制，是我國首型大推力無毒無污染液體火箭，運載能力位居世界前列。
從長五遙二失利到長五遙三發(fā)射成功歷時908天，908個日夜，長五團隊無數次跌倒后又重新爬起。
轉運過程中的長五遙三火箭。本文圖片均由 楊成 圖
“胖五”歸來，完成華麗涅槃
長五火箭為兩級半液體火箭，由5米芯級捆綁4個3.35米助推器。芯一級直徑5米、芯二級直徑5米、助推器直徑3.35米，整流罩直徑5.2米、長約12.2米。火箭長約57米，是我國現役火箭中尺寸最大的火箭，也是我國目前運力最大的火箭。
5米直徑大型箭體結構為我國運載火箭首次采用，是火箭實現運載能力重大跨越的基礎，設計、制造、試驗難度大。長五火箭起飛重量約870噸，其自身的結構重量卻只占約10%，火箭外殼的厚度甚至只有幾毫米。
長五火箭直接服務于我國探月工程三期、載人空間站建設、火星探測等重大專項任務，也可用于不同地球軌道大型載荷及其它深空探測任務載荷的發(fā)射。火箭院院長王小軍介紹說，長五火箭在大幅提升我國自主進入空間能力的同時，也為構筑我國新一代運載火箭系列型譜，并且還為發(fā)展重型運載火箭奠定了堅實的技術基礎。
長五火箭研制具有“兩多、兩大、兩新、一同步”的特點，即“新技術多、新研產品多”、“技術跨度大、研制規(guī)模大”、“研制隊伍新、研制手段新”、“研制與保障條件建設同步”，自2006年正式立項研制以來，經過10余年的工程研制，長五火箭先后于 2016年11月3日和2017年7月2日實施了兩次發(fā)射，其中首次發(fā)射取得圓滿成功，遙二火箭因發(fā)動機局部結構問題未能將衛(wèi)星送入預定軌道。
“經過兩年多的歸零和驗證工作，研制團隊攻克了發(fā)動機技術難關，解決了問題，消除了隱患，認識水平和技術能力都得到了進一步的提高”，長征五號火箭總指揮王玨表示。
在完成發(fā)動機問題歸零的同時，長五火箭的技術改進和可靠性提升工作也實現了突破?！盎鸺飨到y(tǒng)都深入開展了再分析、再設計和再驗證的‘三再’工作，全面審視在設計、產品以及過程控制等方面的工作有效性。一方面圍繞設計全鏈路清理、飛行任務剖面和環(huán)境適應性等線索開展正向檢查確認，解決全面性問題；另一方面以問題為導向，針對故障調查中發(fā)現的薄弱環(huán)節(jié)，開展設計簡潔性、角焊縫復查、鑄件質量、頻率管理和產品動強度再復核等方面的反向回歸檢查確認，有針對性的發(fā)現問題、解決問題”，長征五號火箭總設計師李東介紹道。
“長五遙三火箭在遙二火箭的基礎上，進行了200余項技術改進，其中比較重大的技術改進有9項，包括發(fā)動機設計改進、長排整流罩設計改進、利用系統(tǒng)調節(jié)方案改進等”，長征五號火箭副總設計師楊虎軍稱。
長五遙三火箭在遙二火箭的基礎上，進行了200余項技術改進
成功背后，經歷“一波三折”
從發(fā)射失利到成功，長五火箭用了30個月，在大家焦急等待“胖五”歸來的900多個日夜中，長五研制團隊在攻克氫氧發(fā)動機技術難題中不斷提升技術認識。
長五遙二火箭失利后，經過100余天的故障排查與定位以及180余天的試驗驗證，長五遙二火箭失利的原因終于確認，是由于火箭芯一級氫氧發(fā)動機在復雜力熱環(huán)境下，局部結構發(fā)生異常，發(fā)動機推力瞬時大幅下降，致使發(fā)射任務失利。
“在歸零過程中，通過建立故障樹，對50多個可能造成推力下降的事件進行了逐一的排查，最終確認了故障的最大可能原因，”李東指出，“此后，根據故障調查的結論，對芯一級氫氧發(fā)動機進行了設計改進，從結構、材料和工藝等方面都采取了相應的改進措施，提高了對飛行環(huán)境的適應性?！?/p>
去年11月30日，改進后的芯一級氫氧發(fā)動機在長程試車過程中出現問題，根據故障原因，研制團隊對發(fā)動機的局部薄弱環(huán)節(jié)進行了改進，提高了結構的動強度裕度。改進后的產品于2019年2月順利通過了兩次長程試車驗證。
然而，走向成功的道路上總是充滿荊棘。今年4月4日，在長五遙三火箭的總裝工作進入到最后階段時，一臺用于后續(xù)任務的芯一級氫氧發(fā)動機在試驗數據分析過程中，發(fā)現了“異常振動頻率”。為此，研制人員順藤摸瓜，找到了問題的“癥結”所在。“發(fā)動機局部結構對復雜力熱環(huán)境非常敏感，容易引起共振，且一旦激發(fā)，不易衰減?！崩顤|解釋說。
為了抑制振動的產生，研制人員開展了大量的設計和試驗工作，終于找到了一種快速、有效的改進方案?；鸺狐h委書記、長征五號火箭第一總指揮李明華介紹說：“在解決發(fā)動機振動的問題上，我們先后探索了三條路，經過反復分析研究，綜合考慮各方面因素，決定抓主要矛盾、抓問題根源，對發(fā)動機結構進行局部改進?！?/p>
這次改進徹底解決了困擾長五的發(fā)動機問題，改進后的發(fā)動機經過10余次3000余秒的試驗驗證，證明了改進措施的有效性，長五火箭終于回到恢復發(fā)射的“快車道”。
今年10月18日，長五遙三火箭通過了出廠評審，10月27日，運抵海南文昌航天發(fā)射場。今天，長五遙三火箭以一次完美的飛行，完成了華麗的涅槃，為2019年中國航天發(fā)射畫上了一個圓滿的句號，也為未來的發(fā)射任務奠定了基礎。
長征五號肩負著開展載人航天空間站建設、月球采樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務
亮出高招，精細化流程管理
以長五火箭為代表的航天型號研制，是一項復雜的巨系統(tǒng)工程，具有跨領域、跨系統(tǒng)、多學科的特點，工作鏈條長，參與人員多，工程問題與科學問題交叉并行，工程應用中涉及到一些沒有完全掌握的科學問題，需要依靠全國的優(yōu)勢資源，集智攻關，協(xié)同配合，才能按計劃實現預期目標。
“在長五火箭發(fā)動機攻關的過程中，組織了全國的優(yōu)勢資源聯合攻關，其中既有清華、北航、北理工等高校的研究資源，也有航空、船舶等領域單位的專家資源，很多單位都是自發(fā)的、積極的參與到這項工作中，主動承擔，毫無怨言。這是新型舉國體制的一次有益探索，也反應出這一制度的巨大優(yōu)勢?！崩蠲魅A認為。
航天型號研制具有高風險，主要表現在新技術比重高、系統(tǒng)構成復雜，產品種類和數量龐大，影響飛行成敗的環(huán)節(jié)多。長五火箭在飛行過程中要完成的“動作”總共有2000多項，其中任何一個“動作”出現問題，都會對火箭飛行造成嚴重影響，甚至造成發(fā)射失敗。
此外，航天型號對于項目和產品的全流程管理也有很高的要求。對于產品質量要做到全壽命周期的管理，對于產品供應商要做到全級次管理，對于產品的生產、試驗進度也要實時的關注。
李明華指出，長五發(fā)動機改進過程中，通過采取‘點到點、人盯人，點到哪，人到哪’的計劃調度方法，將試驗產品的生產周期縮短了80%，只用一個月就拿出了試車產品，為歸零驗證工作贏得了主動。
為了使航天型號這種高風險的復雜巨系統(tǒng)變得“可靠”、“可控”，型號引入了精細化流程管理的思想和方法。精細化流程管理是一套解決航天型號科研生產和組織管理中存在的一系列根本問題的有效方法和有力抓手，來源于航天60多年系統(tǒng)工程管理以及工程實踐，以及精細化管理、流程再造、知識管理等成熟的理論和方法，是以流程為核心，融合規(guī)章制度、崗位職責、績效考核等管理要素，構建形成的一套工作體系，可以有效解決規(guī)章制度不落地、知識管理不有效、研制生產流程體系不健全、不精細的問題。
“此次長征五號遙三火箭專題開展了發(fā)射前-13小時精細化管理流程工作，以作業(yè)指導書的形式將崗位職責、工作內容、操作方法、應急預案進行了有機的統(tǒng)一，實現了精準操作”，長征五號總指揮王玨表示。
珠海航展上展出的長五B、長七、長六A等火箭
“夢想之箭”，未來大有可為
作為目前我國運載能力最大的火箭，長征五號肩負著開展載人航天空間站建設、月球采樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務，是承載中華民族對浩瀚宇宙向往的“夢想之箭”，也是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志。
長五火箭近地軌道的運載能力達到25噸左右，可以有力支撐我國載人航天空間站的建設；兩級半構型的長五火箭地球同步軌道運載能力達到14噸，可以用于發(fā)射大型高軌道衛(wèi)星、實施月球采樣返回、開展深空探測等任務。
此次遙三發(fā)射任務的成功，也標志著長征五號火箭將加速進入工程應用階段。在2020年，我們計劃完成長征五號B的首次發(fā)射任務，發(fā)射嫦娥五號月球探測器實施月球采樣返回，以及發(fā)射火星探測器等。
“目前，執(zhí)行后續(xù)各項任務的長五火箭進展順利，正在按計劃開展各項生產、裝配和測試工作?！蓖跣≤娊榻B說。
