创新拓展通天路：贺“长征五号”首飞成功

周程

（北京大学科学与社会研究中心）

中国运载火箭技术研究院（又名中国航天科技集团公司第一研究院，以下简称“一院”）的前身是创建于1957年11月16日的国防部第五研究院一分院。在近60年的岁月里，一院牢记国家使命，坚持自立更生，立足自主创新，从仿制苏联的近程导弹起步，筚路蓝缕，先后独立研制出了中远程导弹、洲际导弹等多种型号的战略导弹以及十余种长征系列运载火箭，逐步形成了将导弹发射到地球上任何一个地方、将卫星发射到太空中任何一个轨道的能力，开辟出了一条适合中国国情、符合航天特点的依靠创新驱动发展之路，为中国航天实现发射人造地球卫星、载人航天、月球探测三大里程碑式跨越提供了坚实的支撑, 为维护国家战略安全和世界和平，促进经济社会发展和科学技术进步做出了重要贡献。

截至到2016年11月3日，一院研制的运载火箭累计进行了158次发射，成功率达94.9%。其中前50次发射历经28载，第二个50次发射历时12年，第三个50次发射仅用了6年时间。而且，长征系列运载火箭的安全性、可靠性、成功率和入轨精度也已达到世界先进水平。特别是长征二号F载人运载火箭每次发射都精准入轨，已将11名中国宇航员成功送入太空，圆了中华民族的千年飞天梦想。长征三号甲系列火箭则刷新了中国单一型号火箭发射次数最高纪录，不仅为“嫦娥”探月工程、“北斗”导航工程等提供了可靠、经济、快速的运载保障，而且还在竞争激烈的国际商业卫星发射服务市场抢占了一席之地。

昨天，芯级直径为5米、低轨道运载能力达到25吨的新一代大推力运载火箭长征五号在海南文昌航天发射中心进行首次发射，取得圆满成功。它标志着我国运载火箭已实现升级换代，运载能力已进入国际先进行列。长征五号运载火箭的问世，为我国未来空间站的建设和嫦娥探月三期工程的实施提供了强有力的运力保障。

一、火箭的运载能力有多大，中国航天事业的舞台就有多大

谁控制了太空,谁就控制了地球。放眼群雄并起的世界航天大舞台，我国航天事业要在激烈的国际竞争中实现由航天大国到航天强国的新跨越，就必须依靠自主创新、大幅提升我国的火箭运载能力。

发展航天事业不能没有运载工具。研制航天运载工具是开展航天活动的重要基础与前提，正因为如此，世界上的航天大国都把研制先进的航天运载工具和确保航天运载技术优势作为维持其航天大国地位的重要手段之一。在航天运载工具中，我国与众多航天大国一样优先选择了一次性使用的运载火箭。这样，运载火箭便成了托举起中国航天事业大舞台的擎天柱。火箭的运载能力有多大，中国航天事业的舞台就有多大。没有运载火箭技术的大发展，就不可能有中国航天事业的快速腾飞。火箭运载能力的提升已经成为支撑我国航天事业持续发展的关键。

运载火箭核心技术要不到，买不来。运载火箭是一个由数万，乃至数十万个零部件组成的复杂巨系统。只要有一个零部件运行不正常，就有可能会影响到整个系统功能的发挥，甚至导致灾难性的后果。研制运载火箭这类复杂巨系统是一项跨学科、跨部门、协同面广、综合性强、技术难度大、工程风险高的大型系统工程。而且，运载火箭技术很容易转化为战略导弹技术，掌握了研制运载火箭的核心技术也就意味着掌握了研制战略导弹的核心技术。所以，像运载火箭这样关系到国家命脉、异常复杂的军民两用高新技术是花再多的钱也买不来的技术，只能依靠自主创新。

运载火箭核心技术即使能买得到也不应依赖引进。中国作为一个发展中的大国，在包括运载火箭在内的航天科技工业领域必须坚持走自主创新之路。首先，航天科技工业作为国家的战略安全基石，关系到我国的海洋安全和太空安全。这要求我们必须坚持自主创新，以避免受制于人。其次，航天科技工业是一个大国不可缺少的重要工业门类，具有重大的经济社会价值。这要求我们必须加强自主创新，以为社会提供更多、更好的产品与服务。再次，航天科技工业作为战略性新兴产业，具有广泛的科技推动和产业带动作用，在航天领域开展自主创新，能够产生巨大的外溢价值。此外，航天科技工业是一项关系到全人类未来发展的高风险事业，广受社会舆论关注，在航天领域开展自主创新，不断取得新突破，有助于振奋民族精神，鼓舞人民朝着中华民族伟大复兴目标奋勇前进。

简言之，航天科技工业的性质特点以及运载火箭在航天事业中所处的特殊地位决定着我国运载火箭技术的发展必须坚持走中国特色的自主创新道路。不走自主创新之路，事事时时受制于人，我国运载火箭事业，乃至整个航天事业就不可能获得快速发展。

二、自主创新是中国运载火箭技术研究院持续发展的源动力

没有长征系列运载火箭的托举，太空中就不会出现那么多璀璨夺目的中国星。不坚持走中国特色的自主创新道路，长征系列运载火箭的研制就不可能突破重重难关，创造出举世瞩目的辉煌。一院近60年的发展史，可以说就是一部坚持自力更生、立足自主创新的奋斗史。

发动机被喻为导弹和火箭的“心脏”。要研制导弹和火箭，首先必须掌握发动机的关键核心技术。而发动机关键核心技术的突破只能依靠自主创新。

研制火箭发动机必然会遇到因高频燃烧不稳定而引起的强烈振动问题。这种振动会使发动机燃烧室在一刹那间发生机械破坏，或溶化烧坏。不能找到抑制这种振动的良方，一院就不可能真正拥有自己的火箭发动机。因此，必须迎难而上、知难而进。火箭发动机的燃烧室非常大，一般需要在其头部加工出数千个喷嘴才有可能比较好解决推进剂的喷入、雾化和燃烧问题。头部喷注结构的设计会直接影响到推进剂在燃烧室内的燃烧效果以及发动机的性能与工作稳定性。几千个喷嘴如何布局，其大小形状如何设计？没有现存的理论可资利用，只有通过不断的试验才能摸索出一些设计诀窍。为此，一院的研制人员矢志不移地进行了无数次的试验，经历了无数次的失败，终于找到了通过改进喷注结构设计和提高喷嘴加工质量来抑制不稳定燃烧的有效方法。

在采取减振措施的同时，一院还在抗振动方面进行了一系列的尝试。如燃烧室采用内外壁波纹板钎焊夹层结构等。要达到这个设计目标，就必须通过高温钎焊将金属波纹板连接成一个整体，而要采用高温钎焊工艺，就要进一步解决高温钎焊炉设备和高温钎焊合金问题。一院的生产技术人员群策群力，克服重重困难，先后制造出了我国第一台旋转真空箱式高温钎焊炉和大型真空高温辐射炉。研制所需的高温钎焊合金，需要纯度达99.95%的锰。一院的科研人员在国内众多企业和科研机构的支持下，先后攻克了化学成分分析、锻造、酸洗三个关键，经过100多种配方的摸索试验，终于试制出了合格的钎焊合金，从而为发动机燃烧室采用波纹板夹层抗振结构铺平了道路。

研制发动机时无法绕开的另一个问题是推进剂究竟该如何选择？由于使用容易入手的煤油作燃料很难解决发动机高频燃烧不稳定问题，使用液氢做燃料又必须解决材料的低温贮藏问题，故研制发动机伊始，必须开发出适合我国国情的新型燃料。经过分析比较，科研人员大胆提出了使用偏二甲肼作燃料的方案。因肼类燃料毒性较大，故美欧等国都没有采用。但是一院的科研人员不信邪，决定一试。受一院的委托，军事医学科学院的科研人员经过反复试验，甚至在自己的身上进行毒性和治疗特效药物的试验，最终得出结论：偏二甲肼有一定的毒性，但这种毒性不会在体内长期积累，因为人体的新陈代谢可以将毒性排除；而且，这种毒性可以使用药物化解。基于这项研究，我国火箭发动机的燃料后来大都选用了偏二甲肼。不过，长征三号的第三级率先采用了液氢液氧推进剂；长征五号则采用了液氢液氧和液氧煤油推进剂。

选用液氢液氧作推进剂会引发一个问题，那就是液氢液氧如何在火箭上贮藏？为了突破低温贮藏技术关，一院703所与兰州物理研究所、北京钢铁研究总院、北京有色金属研究总院等单位密切合作、共同努力，实测了大量金属和非金属在液氮、液氢和液氧中的几千个力学性能参数和物理性能参数，终于找到了适合做液氢液氧贮箱的国产铝铜合金和不锈钢。由于液氢和液氧贮箱的内外温差超过250度，隔绝外界热源难度极大。研制人员先后进行了29项、249次试验，最终才摸索出了一种由缓冲层、隔热层、防护层等11种物质层组成的复合结构。此外，研制液氢和液氢两个贮箱之间的共底结构也花费了很多年的时间。

一院在研制发动机过程中遇到的技术难题远远不止这些。但他们解决问题的根本方式只有一个，就是坚持自立更生，立足自主创新。研制火箭发动机是如此，提升火箭的可靠性和安全性也是如此，缩短火箭的研制周期和发射周期同样是如此。

一院近60年的跨越式发展表明，只有坚持走自主创新之路，不断夯实自主创新的基石，构筑起专业齐全、功能配套、设施完备的研发生产体系，掌握一批具有自主知识产权的核心技术，形成一套独具特色的航天工程管理体制，造就一支技术精湛的航天人才队伍，才能推动我国运载火箭事业持续高速发展。

当前，我国已经进入全面建成小康社会的决定性阶段，面对国际和国内竞争日趋激烈、保持传统领域技术优势和开拓新领域的难度不断增大的新形势、新情况，站在新的历史起点上的一院要不辜负14亿中国人的期盼，更好地推动导弹武器系统、航天运输系统和民用产业取得更大的发展，就应该继续依靠被近60年的实践反复证明行之有效的成功法宝——自主创新。唯有此，一院才有可能在中国加速由航天大国迈向航天强国的历史征程中谱写出新的恢宏篇章！