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领创北京 | 朱雀展翼

科技   2024-11-07 16:00   北京  
朱雀，我国神话中的“天之四灵”之一，祥瑞的象征。

在北京，以“朱雀”命名的系列火箭，已经一次次地遨游天宇。2016年，从事火箭总体设计的戴政，从航天“国家队”转战商业航天，加入位于亦庄的蓝箭航天公司，从此，与蓝箭研发的“朱雀”共舞。

经历了朱雀一号折戟的至暗15秒，见证过朱雀二号遥二火箭成为全球首枚成功入轨飞行的液氧甲烷火箭，陪伴着朱雀三号试验箭完成国内规模最大、飞行高度最高的垂直起降试验任务……

8年来，戴政带领研发团队，一针一线，一丝一缕，为“朱雀”织就坚实的翅膀。


戴政（右）和同事在讨论研发细节

402秒的“一小步”
“朱雀”的第一次飞行，比预定的航程短了15秒。
15秒，成败之间。
2018年10月27日，红白涂装的朱雀一号固体运载火箭在戈壁滩上点火起飞，朱雀一号研制团队的所有技术人员，心都提到了嗓子眼。
湛蓝的天空下尘烟升腾，火箭以稳定的姿态在空中划出一道弧线，消失在天际。
“火箭一二级分离正常！”
“火箭二三级分离正常！”
“整流罩分离正常！”
……
每个令人振奋的口令发出，都伴随着一阵欢呼，这也标志着朱雀一号距离成功越来越近。然而，我国民营运载火箭的首次入轨发射，最终倒在了黎明前的黑暗中。
戴政在发射场安控大厅亲眼见证了这一幕。
发射场外的研发人员看不到入轨前的遥测图像，因为前期的飞行一切顺利，他们已经开始拥抱着庆祝胜利。
“谁也没想到，就在最后一步，就差那么一点……”时隔6年，再次回想起火箭距离入轨最后15秒的天旋地转，戴政依然难以抑制自己的情绪，眼眶泛红。“如果火箭飞行轨迹出现偏差，飞出了边界线，安控岗位的工作人员就要发送自毁指令。”戴政解释，在火箭二三级分离后，安控岗位的任务已经完成，但就在飞行时间走到第402秒时，他眼睁睁地看着回传的画面中，地球开始旋转，“这说明火箭姿态已经失稳。”
功败垂成。
“航天就是这样，失败是必然要经历的。”在一阵长久的沉默后，发射场的安控指挥员拍了拍戴政的肩膀，“没事，再来一次！”
入轨与不入轨，只有0和1，没有中间状态。
站在大屏幕前，戴政和同事默默流泪。“其实理性来看，一个30多人的小团队，在各方面条件都不成熟的情况下，能够把朱雀一号研制出来，当它站在发射场上的那一刻，就已经胜利了。可是，回想起过去11个月的努力，这个结果还是让人难以接受。”
那个天旋地转的遥测画面，深深地印在了戴政的脑海里。来不及伤感，团队就迅速启动了归零流程。
归零，是每一位航天人都不愿意面对的词语。它与任务失利相伴，却也是推动下一次任务走向成功的起点。
经过近1个月的反复推演，任务失利的原因锁定——一根小小的燃料管路断裂，导致火箭失稳，出现了异常翻滚。
千里之堤，溃于蚁穴。
最终，在三级发动机关机时，火箭最高时速仅为每秒6.3千米，远远低于卫星入轨所需的速度，飞至337千米高度后，坠入印度洋。
不过，朱雀一号飞行的402秒，也标志着商业航天领域的多个第一：拿到我国第一张民营运载火箭发射许可证，第一次取得民营火箭全部准入资质，第一次完成民营运载火箭发射任务……戴政和同事们坚信，这条路是正确的。
“我们从0到1，打通了民营火箭设计研制到发射的全链条。”戴政的语气坚定，在朱雀一号的研制过程中，他们已经突破了无数的不可能。
以朱雀一号的防护外衣——热防护层为例，火箭要想冲出大气层，整流罩必须拥有一套能够有效隔热的防护层，否则在飞行过程中，它将像流星一样，在与大气高速摩擦过程中燃烧殆尽。“国内有没有民营企业能生产出符合要求的防护层，现有材料能不能达到发射标准，这些问题的答案都是模糊的。”戴政回忆，团队在全国范围内逐一查找、重点考察，最终做出了一个出人意料的决定：租用一家汽车喷漆企业的厂房和设备，为朱雀一号喷涂热防护层。
“我们的研发工作，背靠着国家坚实的工业制造基础。”戴政说，强大的中国制造产业链，奠定了打通火箭研发的能力链条、供应链条、体系链条、发射链条的基础。
这次失败也让团队深刻意识到，火箭的核心产品必须自主研发。
“朱雀一号出现漏点的末修姿控系统，本质上是一个小型液体动力系统，研制的技术难度较大，当时我们的团队还不具备这样的研制能力，所以从外部采购了一款还在研制中的产品。”戴政说，正是因为这款采购的产品在设计上还需要改进提升，导致飞行过程中出现故障。
火箭动力系统研发是必须攻克的难关，随着可重复使用火箭成为研发的“兵家必争之地”，蓝箭航天决定调整研发方向，全力研发以液氧甲烷为推进剂的“天然气火箭”。

“小龙虾”的启发
液氧甲烷作为可复用火箭的推进剂，具有成本低、不易积碳等明显优势。
“朱雀”的“心脏”——液氧甲烷发动机，被命名为“天鹊”。为了验证天鹊系列发动机的情况，戴政和同事们一次次推着设备上山，在机油满地的现场做试验。其中，清洗发动机喷管的冷却槽道是重要一环。
火箭发动机的燃烧室温度高达3000摄氏度，与之相连的喷管也会被迅速加热，如果没有冷却手段，要不了多久喷管就会熔化，进而导致火箭爆炸。作为火箭燃料的低温甲烷就成了最好的“冷却液”，设计师在喷管的夹层中设计了低温甲烷的输送流道，一举两得，兼顾燃料输送和喷管冷却。为了确保燃料输送安全，输送流道的直径细至毫米级，如何清洗又成了难题。
“我们反复尝试了很多方法，效果都不理想，没想到，同事的一顿晚饭吃出了重要突破。”戴政笑道，研制团队在当地一家小龙虾店吃晚饭时，发现老板在用超声波清洗机清洗小龙虾。“效果还挺好，泥土啊、草根啊，一震就都掉下来了，再换一次水就干干净净。”
研制团队的成员找到老板，想借机器做个试验：“我们能否租一台机器试试，如果洗的效果好，我们自己也采购一台。”
“这个机器可不能借给你，我还要开店呢。”老板听后一口回绝。
“我们在做火箭发动机，研制国内第一台液氧甲烷发动机，现在碰到了一点问题，我们觉得这个机器可能会有用，但还是要试过才知道。”
“搞航天？那没问题！你们拿去用吧，租金不用付！”
每每回忆起这个场景，戴政都会感慨：“这件事给了我极大的触动，让我看到每个中国人的心中澎湃的家国情怀。饭店老板的支持给了我们设计团队很大的鼓舞，他也是‘朱雀’腾飞的功臣。”
作为朱雀二号的“心脏”，80吨级天鹊-12液氧甲烷发动机实现了我国商业航天企业大推力液体火箭发动机产品零的突破。研发过程中的核心技术突破——“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目，在2023年度国家科学技术奖励大会上获得国家科学技术进步奖二等奖。
从大推力液氧甲烷发动机，到各分系统研制，再到全箭级大型试验，前后历经两年半，“朱雀”再次展翅待发。
让所有人都没想到的是，天旋地转的噩梦竟然重演。2022年12月14日，朱雀二号遥一运载火箭点火升空后，二级主机关机后游机异常关机，发射失利。
“我反复问自己，它怎么又转起来了？这是在做梦吗？”戴政苦笑，“固体型号失败，液体型号也失败，当时确实很沮丧。”但是，再仔细想想，绝大多数关键技术和火箭方案的正确性、合理性，在这次任务中已经得到了验证。
再次归零。
戴政和同事们发现，这枚火箭发射失败其实有一定的必然性。“我们为了加快研制进度，在火箭二子级动力系统试车时，取消了整体的试车环节，用增压冷流试验进行替代。”戴政轻轻摇头，“航天容不得一丝侥幸。虽然从原理上它可以替代试车，但在振动环境、力学等方面，还不能实现完全的替代，而最后的问题恰恰就出在这里，怕什么来什么。”
“归零就是要全盘复查火箭所有技术细节和生产制造细节，可以说是地毯式搜查。”研制团队在繁复的遥测数据中抽丝剥茧，核心问题终于被锁定：火箭二级游机的氧泵低压壳体在复杂工况中破裂，最终导致游机异常关机。
针对性改进了产品问题，又经过试验验证，朱雀二号遥二火箭再次站上发射台。将近8年的时间，两战两败，他们需要一次成功来证明自己！
发射前夜，小雨淅淅沥沥地下着，原本已经休息的测发指挥罗桂华再次来到发射区检查设备、排除隐患，一直忙到凌晨。“上千人的呕心沥血，几百个日日夜夜的加班加点，不能让雨水给此次发射增加一丝风险。”
期待着，期待着，朱雀二号遥二任务发射成功的大红屏亮起来了！戴政感受到了一种长久压抑后释放的畅快，“我们做到了，这是全球第一枚成功入轨的液氧甲烷火箭！”同年12月，朱雀二号遥三任务再次成功！
朱雀二号成为国内首款连续发射成功的民营液体火箭。

新“朱雀”即将亮相
戴政和“朱雀”共舞的经历，也是我国商业航天发展的缩影。
2015年10月，《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》发布，提出探索国家民用空间基础设施市场化、商业化发展新机制，标志着我国商业航天发展的元年。几乎同期，2015年12月，美国太空探索技术公司研发的猎鹰九号火箭实现了人类历史上首次运载火箭一级垂直返回软着陆，引发全世界的关注。
2016年，戴政投身商业航天蓝海时，国内的商业航天还停留在概念层面。“回看当时，我作出加入蓝箭航天的决定，可以说是脑子一热。当我真正走上这条路后，才发现国家对商业航天政策的开放程度和行业发展的速度，远远超过我的预期。”作为“探路者”之一，戴政全程亲历了我国商业航天快速发展的历程，“很有幸，我能成为这段历史的见证者。”
当前，北京的商业航天产业发展全国领先。北京经济技术开发区集聚了约180家星箭网络关联企业，实现产业集群化、协同化发展，“北京火箭大街”今年启动建设。作为北京市经开区代表性的商业航天企业，蓝箭航天在人才、政策、补贴等方面得到了全方位的支持和助力。近日，戴政入选市科协2024年卓越工程师成长计划。
厚积薄发。
有了完整产业链条的支撑，有了大量自主研发技术的积累，朱雀三号可重复使用火箭的研发进度正稳步向前推进。今年，喜讯接连传来，朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降回收试验箭先后完成了百米级、万米级两次垂直起降返回飞行试验，能够重复使用的“二手火箭”展现了稳定的飞行能力。
回收场坪只有30米见方，而火箭一子级支腿完全展开就有12米，这意味着从万米高空快速降落时的容错距离只有10米左右。戴政将这一操作的难度，比作在10层楼上把一支铅笔扔进地面的笔筒内。更重要的是，试验箭从起飞到返回，全程不过3分多钟，特别是主发动机关机的约40秒期间，箭体只能无动力滑行，这对制导、导航和控制系统是极大的考验。
“就像一辆车没有油门和刹车，方向盘也不可控，要在复杂条件下实现精确制导，难度是很大的。”戴政说，当时制导导航和控制系统团队干到半夜是家常便饭。睡一觉起来，第一件事就是同步昨晚计算机模拟跑出的数据，再进行新一轮讨论。反复的算法改进、数据测试，这样枯燥的场景是该团队工程师的日常。
平凡中见伟大。
日复一日严谨细致的工作，会给人带来极大的压力。“我们就是要在这样的压力下，去攻克‘不可能’，迎接最终的大考。”
天公不作美。朱雀三号试验箭触探万米高空的那天，高空风的风速接近每秒40米，风向也并不理想。技术团队提前运用准实时风修技术，模拟了风场的形态并计算出适宜的飞行轨迹。但真正要“考试”了，团队成员还是难免会担忧。
点火起飞！发动机关机并二次点火！最终，试验箭稳稳着陆，着陆中心点几乎命中“10环”！
“每个人都在欢呼！所有的劳累和痛苦，都值得。”戴政感慨。
蓝箭航天火箭制造基地的总装车间内，悬挂着一幅标语：“向上探索，朱雀腾飞”。
“商业航天其实最禁不起失败，但同时又是最敢于面对失败的。”戴政说，虽然发展之初遭遇坎坷，但研发团队的热情并未磨灭，“航天遇到失败并不可怕，归零使人成长，特别是可重复使用火箭，国内研发处于技术空白阶段，相当于进入了研制的‘无人区’，需要发动群体智慧去探索实践，也要禁得住失败的打击。”在他看来，未来5至10年正是商业航天发展的重要机遇期，而火箭的运载能力和复用能力将直接关乎卫星互联网的布局，我国商业航天的2.0时代将要来临，朱雀三号的研发就是要抓住这个机遇。
现在，戴政正和同事们奔波在朱雀三号火箭各系统产品生产、交付、验收、试验的最前线。火箭高强度不锈钢贮箱已完成静力实验，发动机进入飞行产品交付阶段，新“朱雀”正逐步成型。
瞄准2025年首飞的目标，预计明年一季度，朱雀三号的“完全体”将进行大型地面试验，“期待它能早日一飞冲天。”

来源：《北京日报》

记者：刘苏雅

 http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1NzcwOTY5NA==&mid=2247741765&idx=1&sn=a7b5d1d2811d5186bd88b2e2bbe00827
北京科协
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