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三秦学人 中国心 飞天梦 2021年09月17日

刘站国在办公室讲述液氧煤油发动机研制的过程。 本报记者 张梅摄

刘站国(右)在发动机研制现场工作。 资料照片

魏杰制印

学人小传

刘站国,我国液体火箭发动机专家,中国航天科技集团有限公司第六研究院液氧煤油发动机领域总师,享受国务院特殊津贴专家,中国宇航学会液体推进专业委员会委员。刘站国是我国液氧煤油发动机研制领域的开拓者之一,和研制团队拼搏20余载,攻克液氧煤油高压补燃火箭发动机闭式循环、自身起动等80多项关键技术难题,成功研制出具有世界领先水平的新一代高性能、高可靠、绿色环保发动机,为载人航天、载人登月、深空探测等大型航天工程的实施奠定了坚实基础。

本报记者 张梅 实习生 赵景煊

从东方红一号,到嫦娥奔月、祝融落火,再到天和空间站,中国人的飞天梦一步步变成了现实。中国航天科技集团有限公司第六研究院(以下简称航天六院)研制的液体火箭发动机和空间推进系统,发射了中国几乎所有的卫星和航天器,创造了无数个第一。

发动机是火箭和航天器的“心脏”。发动机的推力有多大,航天梦的舞台就有多大。我国新一代运载火箭的主动力——120吨级液氧煤油发动机是成就中国人“飞天梦”的大国重器。它使用高效清洁的液氧和煤油作为燃料,拥有国际最先进的补燃循环系统,产生的最高压强可达到500个大气压,相当于能够把上海黄浦江的水,打到海拔5000米的青藏高原。目前,全世界只有中国和俄罗斯掌握该核心技术。

为了这颗强劲的“中国心”,航天六院几代人接力攻关了20余载。

航天六院液氧煤油发动机领域总师刘站国是120吨级液氧煤油发动机研制领域的主要开拓者。在刘站国看来,他所从事的火箭发动机研制,是一件痛并快乐着的事情。

液氧煤油发动机的研制,从一张白纸开始,面对的是未知的领域、未知的挑战。

20世纪80年代末,刘站国从液体火箭发动机专业硕士毕业后,进入航天六院西安航天动力研究所,见证并参与了液氧煤油发动机的预先研制和专项研制工作。

液氧煤油发动机的研制犹如攀登世界航天动力领域的珠穆朗玛峰。“液氧煤油发动机采用的推进剂和循环方式不仅与常规发动机完全不同,而且在工作压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上,也比常规发动机高出数倍。这就要求科研人员在结构设计、材料、工艺、试验等诸多方面必须采用一系列先进技术,大大增加了发动机研制的难度。”刘站国说,“突破这些关键技术,不仅是对我国液体火箭发动机已有认知的创新实践,也是对未知领域的大胆探索。”

刘站国介绍,当航天六院将液氧煤油发动机作为未来发展方向时,曾遭到一片质疑。国外权威专家认为:“即使你们能把发动机设计出来,也无法制造出来。”

在外界的质疑与担忧中,航天六院组建了一支由老中青科研人员组成的液氧煤油发动机研制团队,开始了艰苦卓绝的攻关。面对前所未有的新技术、国内鲜有的新材料、无从借鉴的新工艺,刘站国和他的同事向一个个难关发起挑战。

80多项关键技术、上万个零件,全靠一点一点摸索试验。900天,近两年半的时间,对普通人来说可能能干很多事情。但是刘站国和他的同事们,曾经耗时900天,只为诊断、解决一个小问题。

2000年,液氧煤油发动机正式立项。正式立项后,随着研制进程的推进,液氧煤油发动机面临的一系列新的技术难题,特别是整机试验的难关,接踵而至。

液体火箭发动机起动和关机是最复杂的动态过程,在几秒甚至零点几秒的起动过程中,发动机的转动件要从不转动加速到每分钟几万转的高转速,燃烧组件要从环境温度升至三四千摄氏度。起动过程的每个指令,都必须精确到零点几秒,任何一个环节出问题都可能导致发动机故障甚至爆炸。在液氧煤油发动机研制初期,起动问题就成为摆在设计人员面前的第一道难关。

2001年,液氧煤油发动机先后进行了4次整机试车,全部失败。有一次,点火几秒后,突然爆炸。警报刚一解除,刘站国第一个冲进现场,钻到发动机喷管下查看情况。

“太危险了,为什么不等一会儿?”

“2到3个月才装成的发动机,烧得连渣子都不剩,我心疼啊!怕晚一会,啥也看不到,错过发现问题的机会。”

密密麻麻的数据,成千上万种故障模式,任何一个部件或环节出现瑕疵都可能导致试车失败甚至爆炸,要找出原因谈何容易。试车失败,找出问题,再研制,再试车……液氧煤油发动机在艰难改进中不断突破。

液氧煤油发动机研制成功,使我国成为世界上第二个掌握液氧煤油发动机核心及关键技术的国家,显著提升了我国进出空间的能力,是我国由航天大国迈向航天强国进程中的重要成果。液氧煤油发动机的研制成功,带动了50多种新材料的研发和应用,实现了液体火箭发动机代的跨越,直接推动了长征系列运载火箭的更新换代。

刘站国自豪地说:“我们的液氧煤油发动机具有完全自主知识产权,从原材料、研究制造到试验技术,全部实现国产化。发动机上没有一个进口的零件,是真正的‘中国心’!”

长期如履薄冰,让刘站国的心脏不堪重负。他两次因突发疾病住进ICU,与死神擦肩而过。但刘站国没有停下脚步,又向重型液氧煤油发动机研制发起挑战。这次他们的目标是为建设世界航天强国研制更大推力的火箭发动机。他说:“我的心始终与发动机同频共振。大国重器,就是民族的底气。我愿竭尽所能!”

每次发射成功,是航天人最快乐的时候。4月29日11时23分,长征火箭托举着天和核心舱一飞冲天。中国空间站在轨组装建造全面展开。望着远去的火箭,刘站国默默离开。

每次发射的前一夜,他总是忍不住绕着发射场转上一圈又一圈。他说:“发动机就是自己亲手养大的孩子。孩子要去为国建功,我十分欣慰自豪!但孩子要远走高飞再也回不来了,我又有说不出的难过。”

截至目前,120吨级液氧煤油发动机已经取得了“19战19捷”的好成绩。刚刚“抚养”大这个“孩子”,他和团队又投入到500吨级液氧煤油发动机的研制攻关中。作为液氧煤油发动机领域总师的刘站国,把更多精力用在了带团队和人才培养上。

“建设航天强国,对我们提出了更高的要求。干成一件事,靠的是一代代人的积累,用忠诚之心踏踏实实工作。年轻人的培养和团队的协作十分重要。”他说。多年来,刘站国在全力攻克技术难关的同时,还培养出多名硕士研究生,他们均已挑起产品研制的大梁。

他经常对年轻人说:“我们既然选择了航天,就要把它当成终身事业去干。”他是这样说的,也是这样做的。刘站国坚定地说:“我从来没有想过离开这个岗位,不讲条件待遇,不受诱惑,无论研制多么艰难,都没有灰心过,不曾想过放弃。对国家忠诚,就是要脚踏实地坚持下去。”

“我们正在努力打造下一代重型火箭发动机,要用最小的人力、物力,最小的代价做出最好的产品,出色地完成国家交给我们的每项任务,为中国航天事业的发展贡献力量!”刘站国表示。