文 | 王繼飛
編輯 | 周君
2017 軍工榜頒獎典禮進入倒計時！
2 月 2 日，深圳的五洲賓館將星雲集，星光閃耀。隨著時間臨近，各項籌備已近尾聲。這期間我們對 " 軍工十大風雲人物 " 的報道陸續刊出，引起強烈的反響。樸實而真切的報道，讓大傢對大國工匠有瞭更加的瞭解，更多的敬佩。
今天我們為大傢帶來的是軍工十大風雲人物之一的 " 長征七號 " 新動力研發團隊領軍人物劉志讓的專訪。以劉院長為首的航天六院自主研發的 120 噸級液氧煤油高壓補燃發動機榮獲國傢科學技術進步一等獎，這背後是聚積瞭大國工匠們多少心血。
2018 年 1 月 8 日，北京。
新年剛過，春節未到，一片祥和的氣氛。
在國傢科學技術獎勵大會上，中國航天科技集團第六研究院（簡稱航天六院）自主研發的 120 噸級液氧煤油高壓補燃發動機榮獲國傢科學技術進步一等獎。
▲長征七號運載火箭發射升空
▲天舟一號貨運飛船推進系統全系統可靠性試車
這是無上的光榮，是對近二十年辛勤研發的最高褒獎。作為航天六院的掌門人，院長劉志讓也是心潮澎湃，思緒萬千，過去的 2017 值得回憶與思索的事情，太多太多：長征七號發射成功；天舟一號太空首次加油……
但首要提起的，是被稱為長征七號新動力的那款液氧煤油發動機。
▲ 120 噸液氧煤油發動機試車
能夠獲得國傢科學進步一等獎，一定有著瞭不起的 " 黑科技 "。也正是因為這瞭不起的新動力，網友們在 2017 軍工榜票選中，將航天六院院長劉志讓選為 " 十大軍工風雲人物 "。
▲航天六院院長劉志讓
日前，我們走進航天六院，對話院長劉志讓，請他用專傢的眼光，手術刀式精準的揭開新動力中 " 黑科技 " 的面紗。
名詞解釋：YF-100
▲ YF-100，圖據網絡
120 噸級高壓補燃循環液氧煤油發動機 ( YF-100 ) 是新一代航天動力。在該型號發動機研制過程中， 航天六院科研人員堅持 10 餘年技術攻關，經歷瞭無數次失敗與挫折，突破瞭近 80 項設計、制造、試驗技術，帶動瞭我國 50 餘種新材料的研制。它有以下的特點：
技術先進
采用瞭世界上最先進的高壓補燃循環系統，提高瞭發動機的性能。
綠色環保
液氧和煤油燃燒後主要產生水和二氧化碳，清潔環保，價格比較低廉。常規推進劑有毒，且具有腐蝕性。每次發射，推進劑費用比現役火箭節約上千萬元。
重復使用
因為推進劑的腐蝕性等原因，常規發動機隻能抽樣試車。液氧煤油發動機在地面可重復試車，重復點火，實現重復使用。大大提高瞭火箭飛行的可靠性及性能。
精準可調
調節精度更高，如同自動擋的汽車，可以實現無級變速。
讓我們來解構它使用的若幹項 " 黑科技 " 中的其中兩項吧：
黑科技一：高壓補燃循環
很多人會問，高壓補燃循環好在哪？別急，我們先搞清楚一件事：傳統液體推進劑火箭發動機是如何運轉的。
" 首先推進劑的供應離不開燃氣渦輪泵的轉動，而轉動的初始能源是靠炮式火藥沖擊。火藥一點，就跟放炮一樣，有一個能量釋放，帶動泵的轉動。" 劉志讓形象的解釋道。
▲圖據網絡
燃氣渦輪泵的轉動帶動氧化劑泵和燃料泵給氧化劑和燃料加壓，使它們分別進入發動機推力室和燃氣發生器燃燒。隨後燃氣發生器產生高溫燃氣吹動渦輪，繼續帶動燃料泵和氧化劑泵高速旋轉，讓氧化劑和燃燒劑進入燃燒室霧化、混合、燃燒。" 而吹動渦輪泵的燃氣則被排掉，沒能進入發動機推力室燃燒形成推力，白白浪費瞭。這就是傳統的方式，也叫燃氣發生器循環。"
▲ 120 噸液氧煤油高壓補燃發動機總裝現場
高壓補燃循環和燃氣發生器循環的最大不同，就是一部分推進劑在燃氣發生器中燃燒，產生的富氧燃氣驅動渦輪泵做功，隨後富氧燃氣再直接進入推力室以最佳混合比例燃燒。就象我們現在天天開汽車，汽油燃燒後產生的尾氣，其實裡面還含有不少可燃成份，比如碳。現在是直接排到大氣瞭，既污染環境，又不能發揮其最大燃燒效率。如果有一天，我們能夠實現把汽車尾氣收集起來，再一次進到發動機裡面進行燃燒，你想想，那汽車該有多節能省油啊！高壓補燃技術，就相當於汽車能夠把尾氣收集起來，再次燃燒。
▲圖據網絡
" 因為沒有燃料浪費，發動機的比沖提高瞭 15%。比沖是衡量火箭發動機性能的重要指標，指的是單位重量推進劑產生的沖量。" 一說到高壓補燃循環，劉志讓的眼裡都含著笑。
" 高壓補燃主要是通過渦輪泵的旋轉增壓，渦輪泵的揚程最高達 500 個大氣壓，" 相當於能把黃浦江的水打到青藏高原。"
高壓補燃循環是世界上最先進的，YF-100 液氧煤油發動機的成功也使中國成為繼俄羅斯之後第二個掌握液氧煤油高壓補燃循環技術的國傢。
黑科技二：液氧煤油發動機的泵後擺技術
2017 年 6 月 2 日，航天六院對外公佈瞭一則振奮人心的消息，我國首臺泵後擺火箭發動機首次試車獲得圓滿成功，成為世界上第二個掌握泵後擺核心技術的國傢。
何為泵後擺？泵後擺能提升什麼？
泵後擺是針對泵前擺提出的。目前，我國的液氧煤油發動機，都采用的是泵前擺技術。
這是什麼意思呢？
▲泵後擺 120 噸液氧煤油發動機總裝吊裝
火箭在飛行過程中，通過發動機的各個方向的擺動來實現姿態的控制，包括俯仰、偏航、滾動等等。" 如果把一臺發動機比作一個人的話，泵前擺，通俗一點說，就相當於頭（控制系統與管路）不動，脖子以下部分都在搖擺。"
" 而泵後擺，就是隻擺動噴管，相當於人隻擺動瞭小腿。對搖擺的回轉區域需求變小，用於擺動的控制裝置也大大變小瞭，這樣，就會大大釋放空間。好處就太多瞭。比如以前火箭芯一級裡隻能裝得下四臺發動機，改成泵後擺，發動機相當於 " 整形 " 成大長腿，瘦身瞭，就可能放下五六臺，推力大增。你看，這無形中就能增加和多推舉多少載荷？"
空間和載荷，在火箭裡面是非常精貴的。發動機泵後擺技術的突破，讓火箭能夠騰出來更多的空間，用於提高載荷，提升推力。
▲泵後擺 120 噸液氧煤油發動機試車前準備
然而，泵後擺好是好，但要實現起來，難度還是很大。" 泵後擺難在哪？" 劉志讓做瞭個手勢。" 以前是整體擺，擺動的柔性連接結構處於常溫環境，泵後擺則隻擺動燃燒裝置和噴管，處於高溫高壓區域，所以對擺動裝置要求很高。擺動部分如何適應高溫高壓、管路如何在高溫高壓下還能保持可靠連接密封，變成重大難題。"
▲泵後擺 120 噸液氧煤油發動機試車
2017 年 6 月，首次試車即獲成功，劉志讓很是高興。" 初步表明瞭我們的主要方案是可行的，主要的技術得到瞭考驗。當然，下一步，我們要讓問題充分暴露，這也是實驗階段的目的。爭取盡快研制交付出能夠飛行的產品。"
長五遙二火箭失利
盡管 2017 年航天六院喜報不斷，但有一件事也不得不提。
2017 年 7 月 2 日，長征五號遙二火箭飛行出現異常，發射失敗。
▲文昌發射中心的火箭垂直轉運，圖據網絡
失利那會兒，在文昌發射現場，很多人沒忍住，失聲痛哭，讓人心酸。這其中，就包括六院研制團隊的不少同志。
盡管那已是半年前發生的事情，劉院長卻記憶猶新。 " 我當時在現場觀看發射。" 他回憶道，" 盡管有 2016 年 11 月 3 日長五遙一成功的例子，但畢竟是新火箭，發射時我還是比較緊張的。"
遙二火箭點火，升空。一切正常。助推器完成工作，分離。芯一級的兩臺發動機繼續工作。
職業習慣的原因，劉志讓看瞭下參數，臉色突變。" 愣神瞭。軌道有偏離，說明出問題瞭。"
查看各種參數，整個大廳瞬間變得凝重。最不願意看到的情況，還是發生瞭。
▲長征五號發射升空
就航天六院發動機與航天一院的火箭團隊來說，那更是戳心一樣的痛。大傢都知道，這是一枚大火箭，更是一枚承載著中國航天新使命的新火箭。它的起飛推力是一千多噸，它可以把中國現有火箭的運載能力從低軌的 10 噸提至 25 噸，從高軌的 5 噸提至 14 噸。
就是這枚火箭，它本應承擔我們國傢未來極其重要的任務，也被寄予瞭特別多的期待，但是很可惜，在第二次飛行試驗時失利。並且由於它出現問題後，給後續諸多工作帶來瞭相當大的被動和不利影響。
長征五號遙二發射失利後，航天系統全線迅速展開瞭一系列問題歸零、學習反思與質量改進提升工作。劉志讓給六院幹部職工特別提出：要樹立 " 成功關系你我，質量在我手中 " 的理念，真正做到 " 三個到位 "，具體說來，就是 " 心思用到位，工作做到位，自律嚴到位 "，確保 " 事事有人負責，人人負責到底 "，以認認真真的學習反思，紮紮實實的質量改進和提升，重鑄全院幹部職工嚴慎細實的工作作風，重振中國金牌動力的雄風。
經過一系列的痛定思痛和努力整改，效果顯現。從長征五號遙二發射失利到現在，已經有十多次火箭發射成功。
截至發稿時，2018 年 1 月份到現在，航天發射連奏捷報，已經有五次重大宇航發射取得瞭成功。
" 我們必須要把失敗的教訓變成確保成功的財富和動力。從教訓中總結出規律，這才是我們航天人的態度。" 劉志讓說得誠懇，眼神透著斬釘截鐵。
大力推進軍民融合：用火箭發動機的燃燒技術處理垃圾
" 航天人就是要敢打敢拼！"
作為火箭發動機專傢，劉志讓有一股航天人特有的氣質，敢於創新，敢於拼搏。
航天六院在研發火箭發動機的過程中，克服瞭常人難以想像的困難，破解瞭許多頂尖的難題，也掌握瞭很多世界一流的技術。
其中的一些技術如果轉化為民用，將給人們的生活帶來質的提升。而這也正是習近平主席提出的軍民融合國傢戰略的初衷。
▲航天六院院長劉志讓專訪
航天六院則正在全力推進一個利國利民的項目，如果一旦成功，將是環保領域的重大突破。
" 就是城市垃圾無害化處理。" 劉志讓道出瞭項目的本質。2017 年 6 月，航天六院參與瞭西安市灞橋區生活垃圾無害化處理項目，該項目預計總投資為 14.6 億元，日處理 3000 噸垃圾，年處理 100 萬噸，建設周期 30 個月。
長久以來，人們處理垃圾的方式不外乎兩種：要麼深度掩埋，要麼進行焚燒。但這兩種方式都存在一些弊端。
掩埋的垃圾靠自然降解，速度慢不說，還會污染土壤和地下水；而傳統的焚燒，如果溫度控制不好，會產生致癌物質二噁英。
▲二噁英，圖據網絡
二噁英是在碳氫化合物燃燒時有氯元素存在的情況下產生的。由於垃圾中有大量的聚氯乙烯塑料，因此氯元素在垃圾中的比例不低。
而談到燃燒，航天六院的發言權實在太足瞭。
" 因為火箭發動機的關鍵是燃燒。" 劉院長介紹道，" 高效的燃燒，需要一系列從材料到裝置的設計。這個我們是有優勢的。凡涉及到高溫高壓的燃燒環節，都能用到航天的燃燒技術，比如石化領域。所以自然而然的想到，垃圾處理能不能也用上航天的燃燒技術？"
傳統的焚燒之所以會產生二噁英，是因為二噁英生成的溫度在 300 ℃至 700 ℃之間，焚燒很難避開。
航天六院采用的，則是熱解技術。
聽起來很高大上啊！
▲西安灞橋航天垃圾熱解處理項目設計圖
簡單來說，就是利用燃燒技術，在焚燒時避開產生二噁英的溫度區間。這裡面所需要用到的，絕對是高科技。
" 航天熱解垃圾處理技術，依托航天液體動力先進的燃燒、傳熱、材料技術基礎，通過火箭發動機復雜流道控制、高性能噴嘴結構設計以及高效換熱等技術轉化，集成六院先進的低氮燃燒、煙氣處理、廢水處理、能量回收、發電等技術優勢，形成瞭新一代生活垃圾無害化、資源化處理技術。"
聽懂瞭嗎？不懂也沒關系，隻要知道結果就行。
" 對比現有成熟的垃圾焚燒技術，可實現二噁英的近零排放，發電量提高 20% 以上，灰渣率減少 25%，為城市綠色發展帶來新的希望。"
是不是很厲害？但實現起來，難度還是很大的。面對一個個難關，六院項目團隊發揚火箭發動機研制過程中的那股子勁頭，那股子精氣神。一個又一個難關，正在被攻克。
" 航天向來都是創新的，隻要對社會有意義、與人民生活密切相關的，哪怕攻關過程中有千難萬險，我們也要不惜代價攻克。"
好一個敢試敢拼！真不愧是十大軍工風雲人物，為劉志讓院長點贊，為航天六院點贊，希望這個項目早日建成投產，用航天技術為中國的環保事業做出貢獻！
（實習生 林芳芳 郭旭鑾 鐘佳渝 對本文亦有貢獻）
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