屏幕前,点击鼠标,双眉紧锁,如猎人,鹰隼般的目光机警地凭借曲线变化判断下一步决策。53岁的陈晖是中国航天科技集团重型运载火箭副总设计师,人到中年的他,头发已见灰白,但依然精力充沛,无论是工作还是生活,陈晖都全力以赴,追求极致。
作为500吨级液氧煤油发动机技术负责人,陈晖带领团队圆满完成以多次发生器-涡轮泵联试和首台整机为标志的关深工作,全工况半系统试车取得成功,2022年11月5日首次整机试车圆满成功。正是凭借这一成绩,陈晖登上了六院2022年度“航天推进奖”颁奖舞台中心。近日,本报对陈晖副总设计师进行了专访,了解液体火箭发动机研制背后的故事。
问:您长期致力于液体火箭发动机的理论研究和研制工作,能通俗地谈谈液体火箭发动机这一领域的相关工作吗?
陈晖:液体火箭发动机是采用液体推进剂的火箭发动机的简称,“发动机”是火箭的心脏,发动机这个东西,很多人不太理解,甚至有些学者也认为理论上很成熟,没什么困难。实际上,液体火箭发动机是一门试验性的科学,是技术中的“高技术”。
500吨级液氧煤油发动机是我国推力最大的液体火箭发动机,也是世界推力最大的双推力室补燃循环液氧煤油发动机。相比现役120吨液氧煤油发动机,不是推力简单的叠加,功能要求和性能指标都大幅提高。我们现在研制的发动机面向世界科技前沿,可为我国未来重型运载火箭提供强大动力,也可拓展应用于多种构型的大、中型运载火箭,为大幅度提升我国进入空间能力提供动力基础。
问:除了火箭发动机研发技术,试车这个环节也有着举足轻重的地位,在这方面有没有印象比较深刻的事情?
陈晖:“试车”一词其实与中国现代运载工具的发展过程密切相关。火车和汽车发展更早,飞机和火箭则是“后起之秀”,由于两个阶段的间隔时间不算太长,技术人员在行业术语上继承了早年的“行话”习惯,发动机研制过程,先设计图纸然后开始加工,加工出来不知道产品的好坏,就需要到试车台上去测试。
2022年11月5日,500吨级液氧煤油发动机首次进行整机试车。我记得当时温度是零下10摄氏度,一大早,我和团队便在试车台上上下下奔忙。随着“点火”指令发出,前所未有的强大能量撼动着整个试验区,从发动机推力室喷射的熊熊火焰,将导流槽中的冷却水升腾成云雾般的水汽,当时的场景让我毕生难忘。当发动机按预定程序完成分级起动、主级维持和关机,参数与计算值精准吻合,整个测控大厅响起热烈掌声的时候,我觉得,所有的辛苦都抵不上这一刻的成就与自豪。
这么多年了,多次发生器-涡轮泵联试、全工况半系统试车、首次整机试车,这一次次成功的背后,是我们团队一起数年如一日的科学研究大道上的追逐,我和我的团队也见证并参与了重型火箭发动机从无到有,从零部组件到整机的成长史。
问:航天工程需要做到万无一失,您作为发动机副总设计师,肯定也承担了无法想象的压力?
陈晖:世界一流的高指标、规模大导致的试验难、国外无现成技术可供借鉴……作为型号技术负责人,我真的“压力山大”。毕竟相较以前的设计工作,发动机技术负责人肩上的担子更重。在每一次大型试验前几个月就开始睡不好觉,要花费大量的时间和精力,而且要承受失败的风险。每一个做科研的人都不愿接受失败,但科研领域,失败是每个人几乎无法避免的,在失败中吸取教训,能更好地认识技术机理,获得解决问题的方法。
压力也是动力,这会促使我在工作中必须严谨务实,严把设计源头关,深入生产、试验一线,针对瓶颈问题迎难而上、科学决策,带领团队勇于创新、集智攻关。为了“吃透”大推力液氧煤油发动机的自主研发,我们将发动机研制风险前置。白天,我和团队一起将组件、分系统试验验证、仿真验证做到全覆盖;针对高/低温、高压、多源振动等极端载荷工作状态,组织形成发动机强度设计规范;晚上,与同事一起谈论,创新应用图像重构和光纤光栅技术开展位姿测量和载荷反演,建立管路应力评估方法,制定组件振动冲击试验条件,完成所有电气组件、阀门、端面密封的力学环境考核。
其实,我们做科研的,特别害怕晚上讨论技术问题,思维太活跃,一晚上都睡不着。失眠了,干脆披衣而起,接着计算、思考。深夜里,大脑皮层兴奋,恰恰这时候容易产生解决问题的灵感。研制团队的工作群里经常在深夜还有人发送消息。
做科研对于我来说,就是求真、求新、求实的过程,能体会到人生的幸福感、满足感和成就感。科研让我思维更活跃,性格更坚韧,它已经融入到了我的生活中,也对我的人生有着重要的启发作用。看到一项项成果的产出,人生的价值感就会代替研究的疲惫。
问:我们都知道,坚持自主创新对我国航天科技发展的重要性,您是如何看待创新的?
陈晖:创新从来都不是一蹴而就的,它是一次次失败后的灵光乍现,看似失败的背后,其实给我们积累了很多宝贵的经验,使能力得到了有效的提升。
科研工作必须积极主动投入大量的时间和精力,才有可能产生质变。在平时工作中,可以说,我把对技术的极致追求都放在了极端重要的位置,这样可以影响带动整个重型发动机研制团队,形成浓厚的科研氛围。挤出时间大量阅读文献,寻找创新点,形成良性积累。在我们团队的共同努力下,500吨级液氧煤油发动机首次实现全三维数字化协同研制,大幅提升了发动机性能并显著降低了研制风险,突破了分级起动、泵后摇摆等7项关键技术,有效解决了超大功率涡轮泵轴向力平衡及流体激振等领域难题,带动了高/低温高强特种钢、金属陶瓷涂层等新材料体系发展。相关技术已成功应用于其它多型发动机,有力推动了我国液体动力技术水平大幅提升。
问:我们都突破了哪些技术难关?
陈晖:我有幸赶上了中国航天飞速发展的好时代,对技术一直保持敬畏是我一路成长的最大秘笈。
我们团队首创圆管式扩压器技术,涡轮泵振动控制水平优于俄罗斯同类型发动机;针对大推力发动机涡轮泵轴向力难题,首次突破了控涡流动的轴向力平衡技术,试车中轴承负载极小;针对涡轮泵转子故障风险,在国际上首次提出基于位移突变的故障诊断算法,将相关故障的识别时间缩减到毫秒级……
作为500吨级液氧煤油发动机技术负责人,我和团队历经近十年的潜心攻关,首次创造性采用了全数字化设计和管理模式,突破了一系列关键核心技术,全面提升了我国液体火箭发动机的研制水平。
投身液体动力事业以来,陈晖获得过陕西省高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才、集团公司科技创新团队、集团公司航天创新奖等荣誉。谈及自己的成长,陈晖坦言,从一入职到现在从事液体火箭发动机研究设计已有31年。“可以说,我的整个职业生涯都是在从事低温推进剂液体火箭发动机的研究,我只想让中国进入太空的动力更加强劲。”