托举“嫦娥”轻盈落月:兰晓辉交出了完美答卷
嫦娥三号
2013年12月14日晚9时11分,当7500N变推力发动机给予嫦娥三号足够的反推力,帮助它实现“软着陆”的那一刻,嫦娥三号7500N变推力发动机主任设计师兰晓辉喉头轻轻蠕动了几下,继而深深地舒了一口气。
这一刻距他匆匆将家里亟待装修的毛坯房扔给妻子,已有整整三个月。三个月前,兰晓辉踏进西昌卫星发射中心时,家、妻子、房子就从他的脑海中消失了,充斥在他大脑里的是变推力发动机的各项参数、性能、状态……“随时想起来在心里捋一捋,盘算一遍,放心了,就继续手上的工作。”这是兰晓辉对自己工作状态的描述,“现在总算尘埃落定了,可以说,嫦娥三号以最理想、最完美的方式,完成了我们当初研发设计的方案。”
一切从“零”开始编辑本段
从事航天液体动力事业20余年的兰晓辉,是中国航天科技集团六院高空发动机专业技术领域的专家,在接到7500N变推力发动机研制任务之前,他一直从事运载火箭发动机的研制工作,参与了我国常规推进剂二次启动发动机的研制,保证了该型号运载火箭发动机各次飞行的圆满成功。
从专业角度来说,变推力发动机和兰晓辉此前所研究的运载火箭发动机几乎毫无关联——一个是变推力,一个是固定推力;一个是固定部件,一个是活动部件。
而且,在兰晓辉接受这个任务时,国内从没有过任何变推力发动机研制经验,国外资料严重封锁无可借鉴。变推力发动机初期的研制可谓步履维艰。
兰晓辉和他不到10个人的研制团队,只能以蚂蚁搬家的方式,从零开始,挖掘现有的发动机基础理论和相关技术,去实现新的研制要求。
先期的试验基本都在失败中结束,但每周都有新的试验上演。“结果最能说明问题,所以总是急着去验证。”兰晓辉回忆说。那时候,白天或者黑夜对他而言没有分别,试验往往会在晚上或凌晨开始,也因此,他们经常需要做的液流试验,被调侃成“夜留”试验。
经过一年多夜以继日的艰苦鏖战,2008年4月,7500N变推力发动机完成了600秒长时间可靠性试车,这意味着在关键技术上的全面突破。
“就像在大山里迷路的孩子终于走了出来。”兰晓辉这样形容当时的心情。
闯关杜绝闪失编辑本段
38万公里的奔月之路,预示着7500N发动机要长期处于昼夜交替的真空环境中,发动机能否在近200℃的温差下保持稳定工作,这是必须面对的问题。
“即使在太阳光能够照射到探测器时,7500N发动机也基本在探测器背部,温度依然很低。”兰晓辉说,“变推力发动机内部构造基本是活动件,依次咬合在一起,遇到极度低温很容易出现无法点火启动的问题。”如果不能启动,嫦娥三号也许就会在月球上撞得粉身碎骨。
虽然兰晓辉非常熟悉低温环境下多次点火的技术,但用在变推力发动机上,他仍不敢有丝毫怠慢,总是经反复试验证明,才可安心。
紧跟而来的,是大尺寸产品力学振动试验。在发射和飞行的高强度震动中,发动机零部件一旦震裂或结构破坏,所有一切就将前功尽弃。每一项考验都关乎任务的成败,兰晓辉和同仁们紧绷的心,从未放松过。
2011年,7500N变推力发动机连续8台可靠性试车全部获得成功,探月着陆器地面悬停试验七战七捷,完美证明了7500N变推力发动机的能力。
那段时间,兰晓辉穿梭在北京试验场和西安的家之间,碰上节假日高峰期,在火车上站一夜也很寻常。与兰晓辉说话最多的不是爱人和女儿,而是周围的同事、专家;他吃饭最多的地方,不是客厅和厨房,而是试车台旁的路边小店;他睡觉最多的地方,不是家中的卧室,而是办公室和招待所。
答卷堪称完美编辑本段
终于到了兰晓辉交卷的时刻。
嫦娥三号探测器在飞行至距月球100公里高度需要被月球引力捕获,变推力发动机即要开始工作进行刹车制动。多个国家在探月初期曾在这个环节出现纰漏,因此时间节点和发动机可靠工作十分关键。
由于遥测数据传回会有几秒的延迟,稍有失误探测器就会飞离月球轨道。任务指挥部和专家组在合适的时机果断发出了7500N变推力发动机开机指令,然而从数据显示看,发动机却并未开机,这一切对惯用“秒”来判读数据的专家来说,就是“黑色时间”。
但兰晓辉仍然很自信,“我们该想的都想到了,该做到的工作都做了,没有想到的、或者说经过评审论证再出问题,那也只可能是残余风险,但这几乎不可能!”他说。话音未落,几秒延迟时间一到,发动机开机点火的信号传到了大厅。
直到月球探测器到达月球表面4米左右关机软着陆,兰晓辉和他的团队数年的艰辛,化为嫦娥三号在月球上轻盈的“舞姿”。7500N变推力发动机“首秀”一次成功,这在国际航天史上实属罕见。
当探测器落在月球的一瞬间,测控大厅顷刻掌声一片,兰晓辉站起身来,伸了伸筋骨,一颗悬了数年的心,着实落了地。