李雙星

1957年，人類發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星。半個多世紀以來，人類探索外太空的步伐沒有停止過。

中國在深空探測領(lǐng)域的成績，在近幾十年取得了飛躍式發(fā)展。

2020年11月，長征五號遙五火箭順利將嫦娥五號探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。按照計劃，2021年，長征五號還將陸續(xù)發(fā)射空間站核心艙。

如果空間站建設(shè)順利，那意味著，在外太空世界里，將有一個懸浮著的中國領(lǐng)地。中國人走向深空的每一座豐碑背后，都站著一群最美麗的工程師。

4，3，2，1，點火?！?/p>

2020年11月24日4時30分，海南文昌發(fā)射場測發(fā)大廳的話音剛落，發(fā)射臺底座隨即向外噴出大量火焰，水汽劇烈蒸騰。在巨大推力的作用下，長征五號遙五運載火箭拖著耀眼的尾焰升空。

四次分離后，長征五號遙五火箭順利將嫦娥五號探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，圓滿完成發(fā)射任務(wù)。

這是長征五號系列火箭的第6次發(fā)射，長征系列運載火箭的第353次發(fā)射，也是2020年最有分量的一次發(fā)射。

從1957年，人類發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，全世界有11個國家用自己的火箭發(fā)射了衛(wèi)星。半個多世紀以來，人類探索外太空的步伐沒有停止過。運載火箭作為開展航天活動的前提和基礎(chǔ)，是一個國家掌握了解浩瀚宇宙的第一把鑰匙，火箭運載能力則是鑰匙上的關(guān)鍵齒紋。

2016年11月，一聲驚雷，“長五”沖天！作為中國運載火箭升級換代的里程碑工程，長征五號由此成為中國運載能力最大的火箭。

2020年5月，為我國載人空間站研制的長征五號B運載火箭，搭載新一代載人飛船，首飛任務(wù)圓滿成功，拉開我國載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕。

可以說，長征五號的問世，讓中國數(shù)代航天人探測深空的夢想推進到太陽系內(nèi)行星，叩開了通往浩瀚宇宙的大門。

大火箭的初心

任職于中國航天科技集團有限公司第一研究院，長征五號系列火箭動力系統(tǒng)副主任設(shè)計師于子文，參與過長征五號系列火箭歷次發(fā)射任務(wù)—從遙一首飛，到遙二失利，遙三復飛成功，遙四探測火星，長五B首飛，再到此次遙五奔月（“遙”字后面的數(shù)字可以理解為是本型火箭生產(chǎn)編號，例如遙一就是第一枚長征五號火箭，遙三就是第三枚）。

關(guān)于長征遙五火箭的意義，于子文一語中的：“遙五實現(xiàn)了長五系列火箭的初心?！?/p>

時間撥回14年前的2006年，長征五號系列運載火箭正式立項。這枚意在瞄向宇宙更深處的大型運載火箭，此前已經(jīng)被科學家們反復論證了十幾年。

“863”計劃提出后，1988年中國即開始了大型運載火箭的論證工作。

2002年中國改進完善863計劃，采納大型運載火箭專家組組長朱森元“模塊化研制、積木式發(fā)展”的建議，確定了“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的總體發(fā)展思路以及“通用化、系列化、組合化”的設(shè)計思想。

經(jīng)過了近10年的方案設(shè)計、初樣、試驗、試樣研制流程，這枚設(shè)計最大直徑5米，運載能力比現(xiàn)役火箭提升了2.5倍的火箭當時決定將“嫦娥五號”作為第一枚發(fā)射升空的有效載荷。

然而，遙二的發(fā)射失利，讓奔月計劃有所延誤。經(jīng)過再分析、再設(shè)計、再驗證，長征五號終于在2020年底完成了與嫦娥五號的奔月之約，這也標志著長征五號系列運載火箭已漸趨成熟。

總設(shè)計師李東在遙五發(fā)射成功后說：“在歷次發(fā)射中，這是最激動的一次。我給火箭打95分以上，我們的任務(wù)執(zhí)行得非常圓滿，為嫦娥五號探測器的工作創(chuàng)造了非常好的條件。”

從30多年前開始啟動論證，到20多年前開始預研，10多年前開始立項研制，長征五號代表著我國運載火箭科技創(chuàng)新的最高水平。

在中國航天界，有一句話被奉為圭臬，即“發(fā)展航天、運載先行”“運載發(fā)展、動力先行”。

動力系統(tǒng)是火箭研制的根本，如果把整個火箭比作人的軀體，那么動力系統(tǒng)相當于心臟，它為整個火箭提供核心動力，維系著箭體和有效載荷的飛行生命。被人們昵稱為“胖五”的長征五號運載火箭，還有一個特殊名字—“冰箭”，這是因為芯一、二級動力配備的氫氧發(fā)動機所需的液氫液氧燃料，低至零下一兩百攝氏度。

這是我國首次研制低溫火箭，超低溫環(huán)境對氫氧發(fā)動機的制造材料、加工和裝配都提出了更高要求。而對于整個動力系統(tǒng)來說，低溫燃料帶來的未知性和不可預測性，也為科研人員制造了格外多的考驗。

動力系統(tǒng)的磨練

2015年1月，長五火箭芯一級動力系統(tǒng)迎來了最重要的一次試車實驗。這次試車將為未來的首飛打下關(guān)鍵基礎(chǔ)，火箭各系統(tǒng)都為此做足了準備。然而，就在試車前兩天，液氫液氧推進劑已經(jīng)運到現(xiàn)場的情況下，于子文和同事們遇上了一場突發(fā)事故。

1月份一個寒冷的下午，于子文和同事們在用氫氣置換氮氣的過程中，發(fā)現(xiàn)氫貯箱內(nèi)氮氣長時間無法徹底置換出來，影響了氣體純度。此時距離試車只有一天的時間了，現(xiàn)場的液氫推進劑每時每刻都在蒸發(fā)成一股股水汽飄散在空中。如果問題不能及時解決，極有可能影響這次試車。

而留給他們的時間只有不到24個小時，于子文和同事們在現(xiàn)場犯了愁。怎么把剩余的氮氣排出來呢？有人說把儲箱打開排出氣體，有人說打開管道閥門……五花八門的想法在現(xiàn)場碰撞。已經(jīng)是深夜了，于子文和同事們?nèi)匀辉跒榕诺獨獾膯栴}反復推理論證。最終，討論結(jié)果確定了。“打開發(fā)動機活門，將多余氮氣從輸送管排出?！庇谧游恼f。

經(jīng)過一個通宵，于子文忙碌著將氮氣以最低風險的方式排出儲箱，又要將20米高的儲箱注滿液氫。一直忙活到第二天，他幾乎沒合過眼，保證了試車的順利進行。

這樣的突發(fā)狀況和超高的處變應(yīng)突能力，在長征五號系列火箭的研發(fā)過程中，并不少見。或許很少有人比長征五號的科研人員有更強的心理承受能力，除了要處置各種各樣的突發(fā)狀況，他們還要學會面對失敗。

小到實驗失敗，大到飛行失敗。在長征五號的研制過程中，遙二火箭的發(fā)射失敗，幾乎讓所有人都經(jīng)歷了一場殘酷的歷練。

于子文仍然記得那次發(fā)射失利時，發(fā)射大廳里那片寂靜無聲的沉默。

2017年7月2日，19時23分，長征五號從文昌航天發(fā)射場起飛，前面5分鐘飛行情況一切正常。但飛行300多秒后，問題出現(xiàn)了。

“屏幕上的火箭飛行軌跡一直往下掉，回傳的參數(shù)出現(xiàn)異常，我們的心情也隨之跌到了谷底?！庇谧游恼f。

從海南回到北京之后，發(fā)射失利的情緒籠罩著所有參與長五火箭的科研人員。“迷茫，不知道還有沒有未來。”于子文說起當時的心境。

再分析，再設(shè)計，再驗證?；鸺鱾€系統(tǒng)開始全面審視在設(shè)計、產(chǎn)品以及過程控制等方面的工作有效性。這個過程既艱難又痛苦，沒有人想重新設(shè)計方案，也沒有人想重新計算參數(shù)。但是，他們必須為失敗負責。

幾乎是每一天，航天科技一院的會議室都在開會，數(shù)據(jù)分析會、技術(shù)討論會、專家交流會等。還有反復地實驗，發(fā)動機試驗、設(shè)備試驗、系統(tǒng)試驗。每一個人都在問：“問題到底出現(xiàn)在哪里？”于子文在問，其他人同樣在問。

經(jīng)過100余天的故障排查與定位，以及180余天的試驗驗證，故障原因終于鎖定在了芯一級的發(fā)動機上。

2018年4月16日，長征五號遙二火箭飛行失利故障原因通過媒體公布：芯一級液氫液氧發(fā)動機一分機渦輪排氣裝置在復雜力熱環(huán)境下，局部結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，發(fā)動機推力瞬時大幅下降，致使發(fā)射任務(wù)失利。

2019年12月27日，時隔908天再啟的長五火箭復飛成功，將實踐二十號衛(wèi)星送入預定軌道。如果回看當時的測發(fā)大廳直播畫面，你能發(fā)現(xiàn)這個場面熱烈得有些過分。

幾乎是每一個人，都掩飾不住內(nèi)心的喜悅，激動。他們從自己的座位上站起來，不停地鼓掌，歡呼。有人漲紅了臉，有人濕了眼眶，有人互相擁抱。只有他們最清楚，遙三復飛成功背后經(jīng)歷了什么，又意味著什么。如今失而復得的成功，這非同尋常的感受他們必須在那個瞬間死死地記住。

2020年5月5日，長征五號B運載火箭成功首飛；兩個月后，遙四運載火箭托舉著“天問一號”探測器升空；11月24日，遙五與嫦娥五號雙雙奔月。兩年多的蟄伏，最終迎來了一次次的火箭升空，長征五號在真正意義上實現(xiàn)了涅槃重生。

“中國航天之父”錢學森曾經(jīng)說過：科學試驗如果次次都能成功，那又何必試驗?zāi)?？?jīng)過挫折和失敗，會使我們變得更聰明。在中國航天科技集團有限公司第一研究院，每個人都記住了這樣一句話—成功是差一點點的失敗，失敗是差一點點的成功。

長征五號的故事，也許是上述語句最真實的佐證。

遙遠的傳輸

如果說動力系統(tǒng)相當于火箭的心臟，那么測量系統(tǒng)則是火箭的聽診器?；鸺痫w后，這套由密密麻麻的供電回路、信號回路、電纜網(wǎng)、各種設(shè)備組成的系統(tǒng)監(jiān)測著整個箭體的飛行狀況，它將收集到的各系統(tǒng)運行參數(shù)通過無線信號傳輸?shù)降孛妫┭芯咳藛T分析火箭真實的飛行狀態(tài)。

從2004年火箭預發(fā)展時，林敏便參與了測量系統(tǒng)的研制工作。她帶領(lǐng)團隊攻關(guān)的高碼率遙測數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)被列為全箭十大關(guān)鍵技術(shù)之一，對推動國內(nèi)現(xiàn)有的遙測通信技術(shù)作出了突出貢獻。

所謂的高碼率傳輸，是數(shù)據(jù)傳輸速率要由之前的2Mbps（M b p s是megabits per second的縮寫，指每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)量）提升到原來的5倍，這是基于長征五號巨大復雜的數(shù)據(jù)量而產(chǎn)生的需求。2006年，經(jīng)過前期的分析研究，林敏在專題論證討論會上提出，要在長五火箭上運用高碼率調(diào)頻遙測傳輸和數(shù)據(jù)綜合技術(shù)。但是，她的想法一開始遭到了部分專家的質(zhì)疑。

“技術(shù)跨度是不是太大了？”

“碼率過高是否真的有必要？5Mbps也許就能滿足需求。”

專家們向她拋來一個又一個提問……

林敏打了個比方：“測量系統(tǒng)之于火箭就像口袋之于一件衣服，既然現(xiàn)在口袋有裝更多東西的需求，那為什么不把口袋做得更大點呢？我們誰也無法預料口袋到底需要裝多少東西?！?/p>

幾番爭議下，盡管一些老資歷的專家院士們希望高碼率遙測技術(shù)能穩(wěn)妥推進，但林敏最終堅持為積累寶貴飛行數(shù)據(jù)留出更大的裕度。2008年，測量系統(tǒng)進入初樣階段，初具雛形的設(shè)備要進行多次地面試驗，不斷自我修正。

從單個設(shè)備測試再到綜合試驗，一些方案設(shè)計過程中忽略或欠考慮的問題，像小蝌蚪般逐漸浮現(xiàn)在林敏團隊面前。

讓林敏印象最深刻的一個試驗故障，是2011年綜合試驗階段出現(xiàn)的系統(tǒng)自激振蕩問題。因為這個故障，導致部分供電回路無法為其他系統(tǒng)正常供電，進而影響到了整個系統(tǒng)研制工作的正常推進。

問題來得很急切，找到原因卻很困難。那段時間里，林敏每天帶著兩位年輕小伙子泡在實驗室，白天看之前的實驗數(shù)據(jù)，思考解決方案，晚上動手測試。有時往往到了凌晨三四點，林敏還留在實驗室里，無法從謎題里走出來。她形容那段時間像是在多個跑道上反復折返，從一個點找到另一個點，但始終沒有終點。

“迷茫，喪失方向感，好像是到了山窮水盡的地步?！绷置粽f。晚上做實驗的時候，有時候他們會忘記實驗是為了測試什么，因為他們做了太多次了。

答案是在不經(jīng)意間出現(xiàn)的。正當林敏和同事們?yōu)榱硪粋€可能導致故障的因素測試時，意外發(fā)現(xiàn)了自激振蕩產(chǎn)生時的特殊工況。正是因為這個不易出現(xiàn)的工況，造成供電回路發(fā)生故障。

時至今日，林敏仍然會想起那段在實驗室的苦日子，那是在黑夜里走迷宮，只有意志堅強的人，才能從此走出來。

總控系統(tǒng)的判斷

長征五號火箭是一個龐大的系統(tǒng)集成物，龐大到要用30多年時間預研、設(shè)計方案、施工、試驗等一系列過程。它的每一個單元系統(tǒng)都交纏著熱力、電氣、結(jié)構(gòu)、電磁等物理學原理。一個電磁閥動作不到位就會影響燃料加注，一個參數(shù)沒有精準到小數(shù)點位，就會影響指揮控制效力，一處焊接不嚴密就會影響發(fā)動機故障。

而要將所有系統(tǒng)納入到一個平臺內(nèi)管理，監(jiān)測系統(tǒng)運轉(zhuǎn)是否正常，這就是總控系統(tǒng)的職能。

總控系統(tǒng)包含一個容量巨大的總控網(wǎng)，這個網(wǎng)絡(luò)不僅是其他各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)紐帶，更是數(shù)據(jù)中心、判讀中心和指揮系統(tǒng)的決策中心。張學英是總控系統(tǒng)主任設(shè)計師，她有一雙火眼金睛，任何隱蔽的隱患都難逃她的法眼。

張學英說：“總控網(wǎng)上統(tǒng)一存儲的數(shù)據(jù)有4000到5000個類型，每個類型下面的數(shù)據(jù)又數(shù)以萬計，這種數(shù)據(jù)存儲量對我們來說是很大的挑戰(zhàn)?！?/p>

在數(shù)萬條數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱患，如同大海撈針，但任何一個看著不起眼的問題都不能忽視?？偪鼐W(wǎng)的作用之一，就是數(shù)據(jù)分析和判讀。尤其在發(fā)射前，總控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與判讀監(jiān)測 對指揮員研判火箭狀態(tài)提供重要參考，更不能出現(xiàn)絲毫差錯。

在執(zhí)行某型號發(fā)射任務(wù)中，排查總控網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時，張學英就在數(shù)千條記錄中，敏銳地捕捉到了系統(tǒng)交換機數(shù)據(jù)記錄存在異常的情況。

某臺設(shè)備的上、下線記錄頻繁出現(xiàn)，并且至少有數(shù)十條。張學英敏銳地察覺到，不對勁！“每條網(wǎng)絡(luò)都有額定帶寬，網(wǎng)絡(luò)流量超過了帶寬，可能會引起數(shù)據(jù)的丟失。一般上網(wǎng)設(shè)備上線和下線，都會生成一條數(shù)據(jù)記錄，但不會頻繁出現(xiàn)?！睆垖W英說。

每當執(zhí)行發(fā)射任務(wù)前，總控系統(tǒng)都要對各系統(tǒng)測試完的當天日志進行判讀。日均產(chǎn)生的近500萬條數(shù)據(jù)，肉眼逐個判讀基本不可能，采用合適的判讀方法和竅門便顯得尤為重要。

副主任設(shè)計師盧頔想到了一個又快又好的辦法，他借鑒之前熟悉的商業(yè)軟件里面的快捷操作和計算公式，反復嘗試應(yīng)用到數(shù)據(jù)判讀中，最終實現(xiàn)了10分鐘便能處理完當日海量數(shù)據(jù)的速度，使判讀進度大幅提高。

除了總控網(wǎng)，總控系統(tǒng)還掌握著動力測控的職能。它既是火箭動力系統(tǒng)的指令發(fā)號員，也是指令的執(zhí)行員。箭上、地面電磁活門是它的主要控制對象，如何確保幾百個電磁閥在無人干預的情況下，像鋼琴鍵一樣準確無誤地開關(guān)，是這個系統(tǒng)最重要的使命。

此次執(zhí)行遙五發(fā)射任務(wù)時，張學英和團隊在發(fā)射前兩個月就到達了靶場。從檢查電纜和電壓電流，到監(jiān)測總控網(wǎng)數(shù)據(jù)、演練發(fā)射流程，幾乎每天如此。近兩個月的時間里，張學英沒有走出過靶場范圍，她說：“在靶場的工作不容懈怠?！?/p>

一起“奔月”

2020年10月18日，長征遙五火箭在文昌發(fā)射場進行分系統(tǒng)測試。于子文、林敏、張學英作為系統(tǒng)負責人，進入緊張的設(shè)備調(diào)試階段。此后，一項項的測試，一直持續(xù)到臨近發(fā)射前幾天。

進入到火箭發(fā)射前的13個小時，是全箭上下最嚴肅緊張的時間段。這13個小時里，他們必須連續(xù)在崗位上工作，直至發(fā)射任務(wù)結(jié)束。

發(fā)射前的10個小時，液氧開始加注；6小時，液氫加注；2小時，控制系統(tǒng)射前功能檢查；40分鐘，射前補加低溫推進劑。隨著時間越來越近，測發(fā)大廳的氛圍也變得肅靜起來。

進入發(fā)射前幾分鐘，張學英觀察著氣管連接器是否正常脫落、總控網(wǎng)數(shù)據(jù)變化情況。于子文在監(jiān)測發(fā)動機數(shù)據(jù)，林敏在對比參數(shù)。

時間一分一秒地來到了4時30分，在總指揮沉著冷靜的一聲聲口令下，火箭順利點火。耀眼的火焰從發(fā)射臺躥升而起，強力沖擊波推著火箭沖向天空。

張學英看到起飛各項參數(shù)正常后，終于松了一口氣，心里的石頭總算落了地。林敏的心態(tài)要平緩一些，理論上說，她的任務(wù)從火箭升空那刻就完成了，剩下的是要實時接收火箭傳輸?shù)降孛娴闹匾獏?shù)。此時，于子文還沒到可以放松的時候，他必須時刻關(guān)注著火箭的運行軌跡，不斷比對既往飛行路線，確保一百多公里高空上方的火箭正在正常飛行。

看到遙五火箭在飛行了2000多秒后，成功將嫦娥五號探測器送入了預定軌道，他們的任務(wù)，才算圓滿完成。

無論是張學英，還是林敏、于子文，都已經(jīng)是多次參與過發(fā)射任務(wù)的老將，他們大都參與過長征系列其他型號的發(fā)射。但是，長征五號仍然是一個特殊的存在。

林敏說：“長征五號就像我的孩子，從出生到長大，我知道它所有的優(yōu)缺點?！?/p>

于子文說：“長五火箭是一枚不可替代的火箭，它的運載能力，科技先進性都決定了它的重要地位?！?/p>

張學英說：“長五火箭上凝結(jié)了我十幾年的心血，它是我科研生命的一個重要見證?！?/p>

不僅是于子文、林敏、張學英，每一個參與長征五號火箭研制的設(shè)計師、工程師、科研人員都會留下一份獨特的“長五記憶”。他們?yōu)橹度氲牟粌H是一份工作，更是一種信念。那是一種在科學世界里勇于探索的精神品格，也是一份寄托了服務(wù)國家發(fā)展的崇高使命感。

事實上，“嫦娥奔月”過后，“胖五”的使命才剛剛開始。

2021年春季，長征五號B遙二火箭將在海南文昌發(fā)射空間站核心艙。隨后，還將發(fā)射天舟二號貨運飛船和神舟十二號載人飛船。如果空間站建設(shè)順利，那意味著，在外太空世界里，將有一個懸浮著的中國領(lǐng)地。