最美工程師：長征五號背后的守護者

李雙星

1957年，人類發射了第一顆人造衛星。半個多世紀以來，人類探索外太空的步伐沒有停止過。

中國在深空探測領域的成績，在近幾十年取得了飛躍式發展。

2020年11月，長征五號遙五火箭順利將嫦娥五號探測器送入地月轉移軌道。按照計劃，2021年，長征五號還將陸續發射空間站核心艙。

如果空間站建設順利，那意味著，在外太空世界里，將有一個懸浮著的中國領地。中國人走向深空的每一座豐碑背后，都站著一群最美麗的工程師。

4，3，2，1，點火。”

2020年11月24日4時30分，海南文昌發射場測發大廳的話音剛落，發射臺底座隨即向外噴出大量火焰，水汽劇烈蒸騰。在巨大推力的作用下，長征五號遙五運載火箭拖著耀眼的尾焰升空。

四次分離后，長征五號遙五火箭順利將嫦娥五號探測器送入地月轉移軌道，圓滿完成發射任務。

這是長征五號系列火箭的第6次發射，長征系列運載火箭的第353次發射，也是2020年最有分量的一次發射。

從1957年，人類發射第一顆人造衛星開始，全世界有11個國家用自己的火箭發射了衛星。半個多世紀以來，人類探索外太空的步伐沒有停止過。運載火箭作為開展航天活動的前提和基礎，是一個國家掌握了解浩瀚宇宙的第一把鑰匙，火箭運載能力則是鑰匙上的關鍵齒紋。

2016年11月，一聲驚雷，“長五”沖天！作為中國運載火箭升級換代的里程碑工程，長征五號由此成為中國運載能力最大的火箭。

2020年5月，為我國載人空間站研制的長征五號B運載火箭，搭載新一代載人飛船，首飛任務圓滿成功，拉開我國載人航天工程“第三步”任務序幕。

可以說，長征五號的問世，讓中國數代航天人探測深空的夢想推進到太陽系內行星，叩開了通往浩瀚宇宙的大門。

大火箭的初心

任職于中國航天科技集團有限公司第一研究院，長征五號系列火箭動力系統副主任設計師于子文，參與過長征五號系列火箭歷次發射任務—從遙一首飛，到遙二失利，遙三復飛成功，遙四探測火星，長五B首飛，再到此次遙五奔月（“遙”字后面的數字可以理解為是本型火箭生產編號，例如遙一就是第一枚長征五號火箭，遙三就是第三枚）。

關于長征遙五火箭的意義，于子文一語中的：“遙五實現了長五系列火箭的初心。”

時間撥回14年前的2006年，長征五號系列運載火箭正式立項。這枚意在瞄向宇宙更深處的大型運載火箭，此前已經被科學家們反復論證了十幾年。

“863”計劃提出后，1988年中國即開始了大型運載火箭的論證工作。

2002年中國改進完善863計劃，采納大型運載火箭專家組組長朱森元“模塊化研制、積木式發展”的建議，確定了“一個系列、兩種發動機、三個模塊”的總體發展思路以及“通用化、系列化、組合化”的設計思想。

經過了近10年的方案設計、初樣、試驗、試樣研制流程，這枚設計最大直徑5米，運載能力比現役火箭提升了2.5倍的火箭當時決定將“嫦娥五號”作為第一枚發射升空的有效載荷。

然而，遙二的發射失利，讓奔月計劃有所延誤。經過再分析、再設計、再驗證，長征五號終于在2020年底完成了與嫦娥五號的奔月之約，這也標志著長征五號系列運載火箭已漸趨成熟。

總設計師李東在遙五發射成功后說：“在歷次發射中，這是最激動的一次。我給火箭打95分以上，我們的任務執行得非常圓滿，為嫦娥五號探測器的工作創造了非常好的條件。”

從30多年前開始啟動論證，到20多年前開始預研，10多年前開始立項研制，長征五號代表著我國運載火箭科技創新的最高水平。

在中國航天界，有一句話被奉為圭臬，即“發展航天、運載先行”“運載發展、動力先行”。

動力系統是火箭研制的根本，如果把整個火箭比作人的軀體，那么動力系統相當于心臟，它為整個火箭提供核心動力，維系著箭體和有效載荷的飛行生命。被人們昵稱為“胖五”的長征五號運載火箭，還有一個特殊名字—“冰箭”，這是因為芯一、二級動力配備的氫氧發動機所需的液氫液氧燃料，低至零下一兩百攝氏度。

這是我國首次研制低溫火箭，超低溫環境對氫氧發動機的制造材料、加工和裝配都提出了更高要求。而對于整個動力系統來說，低溫燃料帶來的未知性和不可預測性，也為科研人員制造了格外多的考驗。

動力系統的磨練

2015年1月，長五火箭芯一級動力系統迎來了最重要的一次試車實驗。這次試車將為未來的首飛打下關鍵基礎，火箭各系統都為此做足了準備。然而，就在試車前兩天，液氫液氧推進劑已經運到現場的情況下，于子文和同事們遇上了一場突發事故。

1月份一個寒冷的下午，于子文和同事們在用氫氣置換氮氣的過程中，發現氫貯箱內氮氣長時間無法徹底置換出來，影響了氣體純度。此時距離試車只有一天的時間了，現場的液氫推進劑每時每刻都在蒸發成一股股水汽飄散在空中。如果問題不能及時解決，極有可能影響這次試車。

而留給他們的時間只有不到24個小時，于子文和同事們在現場犯了愁。怎么把剩余的氮氣排出來呢？有人說把儲箱打開排出氣體，有人說打開管道閥門……五花八門的想法在現場碰撞。已經是深夜了，于子文和同事們仍然在為排氮氣的問題反復推理論證。最終，討論結果確定了。“打開發動機活門，將多余氮氣從輸送管排出。”于子文說。

經過一個通宵，于子文忙碌著將氮氣以最低風險的方式排出儲箱，又要將20米高的儲箱注滿液氫。一直忙活到第二天，他幾乎沒合過眼，保證了試車的順利進行。

這樣的突發狀況和超高的處變應突能力，在長征五號系列火箭的研發過程中，并不少見。或許很少有人比長征五號的科研人員有更強的心理承受能力，除了要處置各種各樣的突發狀況，他們還要學會面對失敗。

小到實驗失敗，大到飛行失敗。在長征五號的研制過程中，遙二火箭的發射失敗，幾乎讓所有人都經歷了一場殘酷的歷練。

于子文仍然記得那次發射失利時，發射大廳里那片寂靜無聲的沉默。

2017年7月2日，19時23分，長征五號從文昌航天發射場起飛，前面5分鐘飛行情況一切正常。但飛行300多秒后，問題出現了。

“屏幕上的火箭飛行軌跡一直往下掉，回傳的參數出現異常，我們的心情也隨之跌到了谷底。”于子文說。

從海南回到北京之后，發射失利的情緒籠罩著所有參與長五火箭的科研人員。“迷茫，不知道還有沒有未來。”于子文說起當時的心境。

再分析，再設計，再驗證。火箭各個系統開始全面審視在設計、產品以及過程控制等方面的工作有效性。這個過程既艱難又痛苦，沒有人想重新設計方案，也沒有人想重新計算參數。但是，他們必須為失敗負責。

幾乎是每一天，航天科技一院的會議室都在開會，數據分析會、技術討論會、專家交流會等。還有反復地實驗，發動機試驗、設備試驗、系統試驗。每一個人都在問：“問題到底出現在哪里？”于子文在問，其他人同樣在問。

經過100余天的故障排查與定位，以及180余天的試驗驗證，故障原因終于鎖定在了芯一級的發動機上。

2018年4月16日，長征五號遙二火箭飛行失利故障原因通過媒體公布：芯一級液氫液氧發動機一分機渦輪排氣裝置在復雜力熱環境下，局部結構發生異常，發動機推力瞬時大幅下降，致使發射任務失利。

2019年12月27日，時隔908天再啟的長五火箭復飛成功，將實踐二十號衛星送入預定軌道。如果回看當時的測發大廳直播畫面，你能發現這個場面熱烈得有些過分。

幾乎是每一個人，都掩飾不住內心的喜悅，激動。他們從自己的座位上站起來，不停地鼓掌，歡呼。有人漲紅了臉，有人濕了眼眶，有人互相擁抱。只有他們最清楚，遙三復飛成功背后經歷了什么，又意味著什么。如今失而復得的成功，這非同尋常的感受他們必須在那個瞬間死死地記住。

2020年5月5日，長征五號B運載火箭成功首飛；兩個月后，遙四運載火箭托舉著“天問一號”探測器升空；11月24日，遙五與嫦娥五號雙雙奔月。兩年多的蟄伏，最終迎來了一次次的火箭升空，長征五號在真正意義上實現了涅槃重生。

“中國航天之父”錢學森曾經說過：科學試驗如果次次都能成功，那又何必試驗呢？經過挫折和失敗，會使我們變得更聰明。在中國航天科技集團有限公司第一研究院，每個人都記住了這樣一句話—成功是差一點點的失敗，失敗是差一點點的成功。

長征五號的故事，也許是上述語句最真實的佐證。

遙遠的傳輸

如果說動力系統相當于火箭的心臟，那么測量系統則是火箭的聽診器。火箭起飛后，這套由密密麻麻的供電回路、信號回路、電纜網、各種設備組成的系統監測著整個箭體的飛行狀況，它將收集到的各系統運行參數通過無線信號傳輸到地面，供研究人員分析火箭真實的飛行狀態。

從2004年火箭預發展時，林敏便參與了測量系統的研制工作。她帶領團隊攻關的高碼率遙測數據傳輸技術被列為全箭十大關鍵技術之一，對推動國內現有的遙測通信技術作出了突出貢獻。

所謂的高碼率傳輸，是數據傳輸速率要由之前的2Mbps（M b p s是megabits per second的縮寫，指每秒傳輸的比特數量）提升到原來的5倍，這是基于長征五號巨大復雜的數據量而產生的需求。2006年，經過前期的分析研究，林敏在專題論證討論會上提出，要在長五火箭上運用高碼率調頻遙測傳輸和數據綜合技術。但是，她的想法一開始遭到了部分專家的質疑。

“技術跨度是不是太大了？”

“碼率過高是否真的有必要？5Mbps也許就能滿足需求。”

專家們向她拋來一個又一個提問……

林敏打了個比方：“測量系統之于火箭就像口袋之于一件衣服，既然現在口袋有裝更多東西的需求，那為什么不把口袋做得更大點呢？我們誰也無法預料口袋到底需要裝多少東西。”

幾番爭議下，盡管一些老資歷的專家院士們希望高碼率遙測技術能穩妥推進，但林敏最終堅持為積累寶貴飛行數據留出更大的裕度。2008年，測量系統進入初樣階段，初具雛形的設備要進行多次地面試驗，不斷自我修正。

從單個設備測試再到綜合試驗，一些方案設計過程中忽略或欠考慮的問題，像小蝌蚪般逐漸浮現在林敏團隊面前。

讓林敏印象最深刻的一個試驗故障，是2011年綜合試驗階段出現的系統自激振蕩問題。因為這個故障，導致部分供電回路無法為其他系統正常供電，進而影響到了整個系統研制工作的正常推進。

問題來得很急切，找到原因卻很困難。那段時間里，林敏每天帶著兩位年輕小伙子泡在實驗室，白天看之前的實驗數據，思考解決方案，晚上動手測試。有時往往到了凌晨三四點，林敏還留在實驗室里，無法從謎題里走出來。她形容那段時間像是在多個跑道上反復折返，從一個點找到另一個點，但始終沒有終點。

“迷茫，喪失方向感，好像是到了山窮水盡的地步。”林敏說。晚上做實驗的時候，有時候他們會忘記實驗是為了測試什么，因為他們做了太多次了。

答案是在不經意間出現的。正當林敏和同事們為另一個可能導致故障的因素測試時，意外發現了自激振蕩產生時的特殊工況。正是因為這個不易出現的工況，造成供電回路發生故障。

時至今日，林敏仍然會想起那段在實驗室的苦日子，那是在黑夜里走迷宮，只有意志堅強的人，才能從此走出來。

總控系統的判斷

長征五號火箭是一個龐大的系統集成物，龐大到要用30多年時間預研、設計方案、施工、試驗等一系列過程。它的每一個單元系統都交纏著熱力、電氣、結構、電磁等物理學原理。一個電磁閥動作不到位就會影響燃料加注，一個參數沒有精準到小數點位，就會影響指揮控制效力，一處焊接不嚴密就會影響發動機故障。

而要將所有系統納入到一個平臺內管理，監測系統運轉是否正常，這就是總控系統的職能。

總控系統包含一個容量巨大的總控網，這個網絡不僅是其他各個子系統的數據紐帶，更是數據中心、判讀中心和指揮系統的決策中心。張學英是總控系統主任設計師，她有一雙火眼金睛，任何隱蔽的隱患都難逃她的法眼。

張學英說：“總控網上統一存儲的數據有4000到5000個類型，每個類型下面的數據又數以萬計，這種數據存儲量對我們來說是很大的挑戰。”

在數萬條數據中發現隱患，如同大海撈針，但任何一個看著不起眼的問題都不能忽視。總控網的作用之一，就是數據分析和判讀。尤其在發射前，總控系統的數據存儲與判讀監測 對指揮員研判火箭狀態提供重要參考，更不能出現絲毫差錯。

在執行某型號發射任務中，排查總控網系統網絡狀態時，張學英就在數千條記錄中，敏銳地捕捉到了系統交換機數據記錄存在異常的情況。

某臺設備的上、下線記錄頻繁出現，并且至少有數十條。張學英敏銳地察覺到，不對勁！“每條網絡都有額定帶寬，網絡流量超過了帶寬，可能會引起數據的丟失。一般上網設備上線和下線，都會生成一條數據記錄，但不會頻繁出現。”張學英說。

每當執行發射任務前，總控系統都要對各系統測試完的當天日志進行判讀。日均產生的近500萬條數據，肉眼逐個判讀基本不可能，采用合適的判讀方法和竅門便顯得尤為重要。

副主任設計師盧頔想到了一個又快又好的辦法，他借鑒之前熟悉的商業軟件里面的快捷操作和計算公式，反復嘗試應用到數據判讀中，最終實現了10分鐘便能處理完當日海量數據的速度，使判讀進度大幅提高。

除了總控網，總控系統還掌握著動力測控的職能。它既是火箭動力系統的指令發號員，也是指令的執行員。箭上、地面電磁活門是它的主要控制對象，如何確保幾百個電磁閥在無人干預的情況下，像鋼琴鍵一樣準確無誤地開關，是這個系統最重要的使命。

此次執行遙五發射任務時，張學英和團隊在發射前兩個月就到達了靶場。從檢查電纜和電壓電流，到監測總控網數據、演練發射流程，幾乎每天如此。近兩個月的時間里，張學英沒有走出過靶場范圍，她說：“在靶場的工作不容懈怠。”

一起“奔月”

2020年10月18日，長征遙五火箭在文昌發射場進行分系統測試。于子文、林敏、張學英作為系統負責人，進入緊張的設備調試階段。此后，一項項的測試，一直持續到臨近發射前幾天。

進入到火箭發射前的13個小時，是全箭上下最嚴肅緊張的時間段。這13個小時里，他們必須連續在崗位上工作，直至發射任務結束。

發射前的10個小時，液氧開始加注；6小時，液氫加注；2小時，控制系統射前功能檢查；40分鐘，射前補加低溫推進劑。隨著時間越來越近，測發大廳的氛圍也變得肅靜起來。

進入發射前幾分鐘，張學英觀察著氣管連接器是否正常脫落、總控網數據變化情況。于子文在監測發動機數據，林敏在對比參數。

時間一分一秒地來到了4時30分，在總指揮沉著冷靜的一聲聲口令下，火箭順利點火。耀眼的火焰從發射臺躥升而起，強力沖擊波推著火箭沖向天空。

張學英看到起飛各項參數正常后，終于松了一口氣，心里的石頭總算落了地。林敏的心態要平緩一些，理論上說，她的任務從火箭升空那刻就完成了，剩下的是要實時接收火箭傳輸到地面的重要參數。此時，于子文還沒到可以放松的時候，他必須時刻關注著火箭的運行軌跡，不斷比對既往飛行路線，確保一百多公里高空上方的火箭正在正常飛行。

看到遙五火箭在飛行了2000多秒后，成功將嫦娥五號探測器送入了預定軌道，他們的任務，才算圓滿完成。

無論是張學英，還是林敏、于子文，都已經是多次參與過發射任務的老將，他們大都參與過長征系列其他型號的發射。但是，長征五號仍然是一個特殊的存在。

林敏說：“長征五號就像我的孩子，從出生到長大，我知道它所有的優缺點。”

于子文說：“長五火箭是一枚不可替代的火箭，它的運載能力，科技先進性都決定了它的重要地位。”

張學英說：“長五火箭上凝結了我十幾年的心血，它是我科研生命的一個重要見證。”

不僅是于子文、林敏、張學英，每一個參與長征五號火箭研制的設計師、工程師、科研人員都會留下一份獨特的“長五記憶”。他們為之投入的不僅是一份工作，更是一種信念。那是一種在科學世界里勇于探索的精神品格，也是一份寄托了服務國家發展的崇高使命感。

事實上，“嫦娥奔月”過后，“胖五”的使命才剛剛開始。

2021年春季，長征五號B遙二火箭將在海南文昌發射空間站核心艙。隨后，還將發射天舟二號貨運飛船和神舟十二號載人飛船。如果空間站建設順利，那意味著，在外太空世界里，將有一個懸浮著的中國領地。