來源: 《國(guó)際航空》雜志社(北京)
- 核心提示：運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專家朱森元院士在接受采訪時(shí)稱，中國(guó)根據(jù)模塊化原則發(fā)展一系列運(yùn)載火箭，載荷涵蓋10噸以下、10噸、20噸、30噸和40噸。其中40噸級(jí)的重型運(yùn)載火箭將完全超越歐洲的‘阿里亞娜’Ⅴ和美國(guó)的‘德爾塔’Ⅳ。
運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專家朱森元院士
原題：航天工業(yè)“中國(guó)心”——訪運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專家朱森元院士
按照上述兩個(gè)模塊原則，新研制的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)和芯級(jí)與現(xiàn)有的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和芯級(jí)進(jìn)行組合，其載荷可以涵蓋10噸以下、10噸、20噸、30噸和40噸，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載能力的跨度****。
“而根據(jù)未來空間站的需要，未來大型運(yùn)載火箭的標(biāo)準(zhǔn)型載荷為25噸，并且可以擴(kuò)展至40噸，完全超過了歐洲的‘阿里亞娜’Ⅴ和美國(guó)的‘德爾塔’Ⅳ，使我國(guó)在大運(yùn)載能力火箭研制方面走在世界前列”。
由于現(xiàn)有的三個(gè)發(fā)射場(chǎng)都地處內(nèi)陸，高緯度對(duì)火箭的推力消耗很大，所以在海南省建立新的航天發(fā)射場(chǎng)，能夠滿足未來我國(guó)探月以及空間探測(cè)的發(fā)射需要。
從1961年學(xué)成回國(guó)并開始參加科研工作一直到今天，他整整在航天工業(yè)運(yùn)載火箭領(lǐng)域默默工作了45年，這幾乎與我國(guó)航天工業(yè)歷史相當(dāng)。從最初參與研制液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，到后來領(lǐng)導(dǎo)研制液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，到論證和參與今天大推力運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，他的科研生涯可以說就是中國(guó)運(yùn)載火箭的發(fā)展史。從剛過而立之年的血?dú)夥絼偅浇裉炷暧夤畔∫灾涟装l(fā)蒼蒼，他見證了中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)從弱到強(qiáng)，乃至成長(zhǎng)為世界一流航天大國(guó)的全過程。流逝的是歲月，永存的是對(duì)祖國(guó)科研事業(yè)的無限忠誠(chéng)，他就是朱森元院士，一個(gè)為中國(guó)航天工業(yè)助推加力的人。
“運(yùn)載火箭技術(shù)是航天工業(yè)的基礎(chǔ)”
朱森元院士1936年10月生于江蘇溧陽縣，1949年考入國(guó)立南京大學(xué)工學(xué)院航空系學(xué)習(xí)。1952年三年級(jí)時(shí)被派去蘇聯(lián)留學(xué)，1957年在莫斯科汽車機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)后轉(zhuǎn)為莫斯科包曼高等工程學(xué)院（現(xiàn)國(guó)立莫斯科科技大學(xué)）研究生，1960年獲副博士學(xué)位。采訪過程中，朱森元院士一再?gòu)?qiáng)調(diào)“運(yùn)載火箭技術(shù)是一個(gè)國(guó)家航天工業(yè)的基礎(chǔ)，如果運(yùn)載火箭無法實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)和制造，那么航天工業(yè)便無從談起”。20世紀(jì)60年代初，我國(guó)的運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)開始從仿制走向自行設(shè)計(jì)，所以面臨許多亟待解決的理論和工程問題，因此1961年5月朱森元?jiǎng)倧奶K聯(lián)學(xué)成回國(guó)便被委以重任，開始了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制攻關(guān)工作。“眾所周知，運(yùn)載火箭大多由彈道導(dǎo)彈發(fā)展而來的，我們國(guó)家也不例外。在彈道導(dǎo)彈方面，當(dāng)時(shí)國(guó)家制定了明確的三步走發(fā)展戰(zhàn)略，即研制一代，預(yù)研一代，規(guī)劃一代”，明晰的發(fā)展戰(zhàn)略，也是我國(guó)航天工業(yè)不斷前進(jìn)的重要因素。“在當(dāng)時(shí)的情況下，我們沒有任何外來的技術(shù)支援，所有的彈道導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭都是我們自力更生搞出來的”，說到這些，朱森元院士滿臉的自豪。而在那種艱苦的條件下，科研方面能夠不斷地出成果，并且培養(yǎng)了大批的人才，在他看來，就是當(dāng)時(shí)“非常重視基礎(chǔ)性研究，各方面的基礎(chǔ)研究工作做好了，等到型號(hào)任務(wù)一來，馬上就可以迅速展開。因?yàn)樵谛吞?hào)研究過程中，往往會(huì)出現(xiàn)一些共性的問題，這些共性的問題就形成了一個(gè)規(guī)模性的課題，針對(duì)該課題進(jìn)行攻關(guān)，其成功對(duì)以后同類研究工作就具有指導(dǎo)意義。”
在參與兩彈結(jié)合運(yùn)載火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)研制的過程中，有一個(gè)問題一直困擾著當(dāng)時(shí)的科研人員，那就是當(dāng)時(shí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所用燃料的燃燒溫度很高，很容易燒蝕發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁或燒損發(fā)動(dòng)機(jī)噴口。而經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)幾個(gè)型號(hào)的研制過程中都曾出現(xiàn)過這個(gè)問題，因此如何冷卻推力室成了一個(gè)必須馬上解決的共性問題。在這種情況下，朱森元按照上級(jí)指示，組織并領(lǐng)導(dǎo)了“沸騰冷卻的極限臨界熱流研究”和“沸騰冷卻的超臨界熱流研究”兩個(gè)課題組。經(jīng)過近三年的研究和試驗(yàn)，朱森元和他的團(tuán)隊(duì)成功完成了超臨界換熱的設(shè)計(jì)原則和臨界熱流計(jì)算方法的研究，此后這些設(shè)計(jì)原則和計(jì)算方法都成功地應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的再生冷卻方案設(shè)計(jì)中。朱森元院士在接受采訪還多次強(qiáng)調(diào)，“在科研工作中，一定要有自己的觀點(diǎn)，要勇于嘗試，更不能迷信國(guó)外的技術(shù)”。說到這里，朱森元院士還講到了一件趣事，1984年他到法國(guó)參觀“阿里亞娜”火箭制造時(shí)發(fā)現(xiàn)，為了解決火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴口燒損問題，法國(guó)人竟“別出心裁”地為發(fā)動(dòng)機(jī)噴口設(shè)計(jì)了水冷系統(tǒng)，一個(gè)環(huán)形的噴水系統(tǒng)套在發(fā)動(dòng)機(jī)噴口根部，不停地向其噴水以達(dá)到冷卻的作用。由此可見，當(dāng)時(shí)歐洲還沒有解決推力室冷卻問題，而我們的一些研究，已經(jīng)走在了世界的前列。
我國(guó)在1964年開始新型號(hào)方案論證時(shí)，發(fā)現(xiàn)美國(guó)“大力神”Ⅱ?qū)検褂玫耐七M(jìn)劑為四氧化二氮和混肼-50（偏二甲肼和無水肼各50％），但混肼-50使用起來很不方便，它必須在接到命令前臨時(shí)混合才能使用，但是它的性能還可以。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)就對(duì)新型號(hào)要不要采用混肼-50展開了激烈的爭(zhēng)論。朱森元和他的同伴們?cè)谠囼?yàn)中發(fā)現(xiàn)偏二甲肼的性能并不亞于混肼-50，并且在超過臨界壓力時(shí)，偏二甲肼的性能更穩(wěn)定，最后建議偏二甲肼可以作燃料，不一定要搞混肼-50，混肼-50含有無水肼，在管道清洗中無水肼只要遇到非常微量的鐵元素，就會(huì)催化、分解、爆炸。因此用混肼-50這種燃料，操作人員的安全都很難得到保證。根據(jù)自己的研究結(jié)果，我們最終確定選用偏二甲肼，“長(zhǎng)征”系列火箭的推進(jìn)劑就是這樣研究出來的。“基礎(chǔ)性的東西一旦研制成功，為型號(hào)的開路創(chuàng)造了條件，也可少走彎路”。
“我們的新型大推力運(yùn)載火箭，總體技術(shù)水平和性能都要優(yōu)于歐美同類產(chǎn)品”
航天工業(yè)作為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)，一直都是歐美、日本等國(guó)家技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，特別是近10年來，這些國(guó)家將太空領(lǐng)域看成了綜合國(guó)力新的增長(zhǎng)源，把奪取空間優(yōu)勢(shì)作為航天領(lǐng)域的首要任務(wù)，以確保其航天大國(guó)地位。在這種戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，這些國(guó)家紛紛加大了對(duì)運(yùn)載火箭技術(shù)的投資，加快研制新型大推力運(yùn)載火箭，預(yù)計(jì)在今后的5年里，世界上將有一批大推力運(yùn)載火箭投入市場(chǎng)，這些都將對(duì)我國(guó)運(yùn)載火箭的國(guó)際地位形成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
同世界****國(guó)家相比，我國(guó)的運(yùn)載火箭技術(shù)還存在著諸多不足，包括火箭型號(hào)偏多，型譜重疊，火箭發(fā)射準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，以及缺少大運(yùn)載能力等，這些問題不解決，必將嚴(yán)重影響我國(guó)未來的航天發(fā)展戰(zhàn)略。而要從根本上解決這些問題，****的方法就是發(fā)展新型大推力運(yùn)載火箭。
1987年，朱森元開始從事863計(jì)劃中的航天高技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究工作，負(fù)責(zé)大型運(yùn)載火箭的論證、發(fā)展和研究。在擔(dān)任火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和大型運(yùn)載火箭專家組組長(zhǎng)期間，朱森元提出了我國(guó)新一代運(yùn)載火箭的發(fā)展戰(zhàn)略，他提出“我國(guó)新一代運(yùn)載火箭，必須是低成本、高可靠、無污染、模塊化研制、積木式發(fā)展的”建議，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的各種條件，對(duì)此進(jìn)行了方案計(jì)算和分析。當(dāng)時(shí)國(guó)家對(duì)新型運(yùn)載火箭有一個(gè)要求：新一代大運(yùn)載火箭低軌道的運(yùn)載能力要達(dá)到20噸載荷。朱森元通過組織專家討論，制定出一個(gè)原則：今后的新一代火箭“要花最少的研制經(jīng)費(fèi)獲得運(yùn)載能力跨度****”，這就是模塊化、積木式發(fā)展所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。朱森元提出的建議得到了國(guó)家有關(guān)部門的高度重視，在經(jīng)過論證和完善后，最終稱為我國(guó)新一代運(yùn)載火箭發(fā)展的基本原則。
“根據(jù)模塊化的研制、積木式發(fā)展的原則，如何確定火箭的模塊是一個(gè)很麻煩的問題”，2001年我國(guó)新一代大推力運(yùn)載火箭研制計(jì)劃正式立項(xiàng)，而朱森元院士和他的同事們要解決的問題就是“火箭的模塊如何定，用什么原則定”。 最后通過對(duì)各種方案進(jìn)行篩選，專家組確定了兩條原則，“一是以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力來確定模塊，這包括兩個(gè)模塊，一個(gè)是助推模塊，推力為120噸力（正負(fù)20噸），采用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；一個(gè)是箭身模塊，推力為50～70噸力（地面推力50噸，太空推力70噸，正負(fù)20噸），采用液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)”，而另一個(gè)原則就是“以火箭箭身直徑為模塊，包括2.25米、3.35米和5米箭身模塊”。“之所以采用上述兩個(gè)模塊原則，就是為了少花錢多辦事，并且可以****限度地利用現(xiàn)有的技術(shù)”。因?yàn)榘凑丈鲜龅哪K原則，在現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)上，我們只需要研制120噸液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，50噸液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)即可，而箭身方面，只需要研制5米直徑的芯級(jí)即可，其他的都是現(xiàn)成的。然后按照不同的發(fā)射任務(wù)需要，各種模塊可以象積木一樣進(jìn)行組合，“總的組合方案超過1000種，可以滿足我國(guó)所有的航天發(fā)射任務(wù)”。
按照上述兩個(gè)模塊原則，新研制的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)和芯級(jí)與現(xiàn)有的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和芯級(jí)進(jìn)行組合，其載荷可以涵蓋10噸以下、10噸、20噸、30噸和40噸，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載能力的跨度****。
“而根據(jù)未來空間站的需要，未來大型運(yùn)載火箭的標(biāo)準(zhǔn)型載荷為25噸，并且可以擴(kuò)展至40噸，完全超過了歐洲的‘阿里亞娜’Ⅴ和美國(guó)的‘德爾塔’Ⅳ，使我國(guó)在大運(yùn)載能力火箭研制方面走在世界前列”。自2001年立項(xiàng)以來，兩種大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作進(jìn)展的非常順利，現(xiàn)在兩種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)已完成了各種點(diǎn)火試驗(yàn)，包括500秒燃燒試驗(yàn)等，“預(yù)計(jì)在2007年底到2008年，新的大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)就可以交付使用”。未來大推力運(yùn)載火箭不但可以用于空間試驗(yàn)室和探月工程，還可以積極參與國(guó)際商業(yè)發(fā)射競(jìng)爭(zhēng)，新一代大運(yùn)載火箭標(biāo)準(zhǔn)型用來發(fā)射同步定點(diǎn)衛(wèi)星，由于其運(yùn)載能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)一箭多星發(fā)射。 | 
