推舉長征五號的“綠巨人”

11月3日，我國目前運載能力最大的火箭長征五號一飛沖天。托舉它的8台120噸級高壓補燃循環液氧煤油發動機，承載了火箭起飛質量的90％，居功至偉。

這型綠色環保又力大無窮的發動機，如同我國新一代宇航動力中的“綠巨人”。在它橫空出世的背后，既有中國航天科技集團六院科研人員20多年來的風雨兼程、不棄不離，更衍生出火箭發動機研究、設計、生產、制造和試驗手段的巨大變遷，讓我國航天動力設計研制邁入全新時代。

設計：從手繪圖紙到三維仿真

1992年，六院開始了對液氧煤油發動機的初步探索。那時電腦和互聯網還沒有普及，遇到技術難題，設計人員隻能去圖書館和高校查閱和抄寫資料。設計人員回憶，由於液氧煤油發動機的研制難度大、相關資料稀缺，從北京帶回的技術資料，比土特產更讓人牽腸挂肚。

當時，每個研究室隻有一台電腦，大家隻能使用丁字尺、三角板等一步一步在圖紙上勾勒。用上簡易的計算機繪圖后，科研人員樂壞了，第一幅渦輪泵設計思路經計算機擬合CAD成圖后，大家怎麼也看不夠，干脆把圖挂在了辦公室牆壁上，幾乎每個人都細細撫摸過。

2010年，該院建立了數字化設計平台，發動機設計從小編程和一維成圖，演變為二維設計、三維成形和三維仿真。借助三維成形技術，科研人員從電腦上就能看到零部件之間是否存在空間和位置沖突，不用步入實物產品階段，就能及時更新設計方案﹔通過三維仿真，可真實模擬發動機運行狀態，實現性能和關鍵參數的摸索，大大減少了試驗次數和生產成本，縮短了交付周期。

理念：呼喚產品制造新技術

好的理念需要通過生產制造出發動機實物產品來實現。六院7103廠作為我國唯一的火箭發動機生產制造廠，挑起了打造“綠巨人”的重擔。

推力室是液體火箭發動機的重要組件，其內壁是其結構最復雜、加工難度最大的零件，也是發動機上最大的“細活”。在直徑近2米、厚度僅數毫米的大型薄壁件上，分布著數百條筋寬和槽底剩余壁厚都僅有1毫米的槽。槽的深度、寬度與內部流過的燃料換熱息息相關，筋寬決定著推力室的承壓能力。直至上世紀80年代末，銑槽技術及設備在全國還是一片空白。

科研人員從零起步，開展了長期艱苦摸索，不斷引進新的生產設備，創新加工制造手段，逐步邁向了智能制造。近年來，7103廠引進3D打印技術，開展了鈦合金、高溫合金、高強不鏽鋼等難加工材料的制粉、激光燒結、產品表面后處理等核心工藝技術研究，自主掌握整套SLM（激光選區熔化）成型工藝，大大加快了發動機研制速度。

技術：從單機、雙機到四機並聯的跨越

點火試驗是火箭發動機研制過程中必不可少的關鍵環節。

液氧煤油閉式循環高壓補燃發動機技術，代表了當今世界航天發動機的發展方向。發動機系統結構設計、渦輪泵動密封技術、高強度材料、啟動技術等關鍵技術眾多，研制難度很大。

從1999年7月到2002年底，六院先后組織了10多次試車，其中包括半系統試車和整機試車，多次遭遇失敗。尤其是2001年連續4次發動機試車，兩次起動爆炸，兩次燃氣系統燒毀，讓研制團隊備受打擊。2003年初，研制工作走出了陰霾，同年6月，液氧煤油發動機成功完成了整機100秒試車。

從最初的單機整機試車，到120噸雙機並聯試車、再到18噸四機並聯試車，六院在發動機試驗技術上不斷突破：其自主研發的故障診斷關機系統可對發動機4個關鍵參數實時監控，一旦發動機連續3次出現同類問題，該系統可在30毫秒內實現緊急關機﹔低溫液氧流量測量技術可消除低溫介質對液氧管路系統的影響，實現真實介質環境下渦輪流量的現場原位校准……

隨著試驗任務加重，科研人員將原來的單次試車時間從10到12天，縮短為6到7天。並逐步實現了發動機試驗狀態和工裝設計等關鍵參數的仿真模擬。

記者了解到，僅針對120噸液氧煤油發動機的研制，六院突破了設計、生產、試驗等領域近80余項關鍵技術，帶動了我國50余種新材料研制，促進了相關基礎技術的發展，建立了較為完備的高壓補燃循環發動機研發體系，掌握了高壓補燃循環發動機核心和關鍵技術，為今后液氧煤油發動機的系列化發展奠定了堅實的基礎。（記者 何怡 賈婧 付毅飛）