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孙敬良:打造风云卫星的飞天器

发布时间:2020年10月12日14:30 来源:中国气象报社

  曹海钧       

  孙敬良,中国航天科技集团八院首席高级技术顾问,中国工程院院士,国际宇航科学院院士,液体火箭发动机、运载火箭总体和卫星工程专家。他主持长征四号火箭总体方案设计并采用多项国内首次使用的新技术,使火箭性能达到国外同类产品先进水平,并首次取得国内二、三级运载火箭首飞成功和次次成功佳绩,将我国第一颗极地轨道气象卫星——风云一号A、B星送入预定轨道。

  2011年3月23日,中国气象局、国家国防科技工业局、中国航天科技集团公司在北京联合召开纪念中国气象卫星事业40周年座谈会,时任风云三号气象卫星工程总设计师的孙敬良发言,回忆了那段岁月:在党中央、国务院的大力支持下,经过中国气象局,特别是邹竞蒙局长的不懈努力,风云一号气象卫星工程研制任务终于明确,1985年10月,风云一号气象卫星工程被列入“七五”期间卫星型号发展的重点项目。他在会上动情地说道:“我是抱着感恩的心来参加会议的,如果没有国家坚定不移的支持,也就没有气象卫星事业今天的发展。”这也是孙敬良——一位火箭总设计师与风云气象卫星不解之缘的起点。

  倾尽全力打造首颗风云卫星的运输工具——长征四号A型运载火箭

  1982年10月,风云一号气象卫星大总体方案审定会提出1986年发射风云一号气象卫星的要求,并将新长征三号运载火箭更名为长征四号A型运载火箭(CZ-4A,后为了统一长征系列运载火箭编号命名规则,改称为长征四号甲运载火箭),准备选用长征四号A型运载火箭承担风云一号试验型气象卫星的发射任务。

  孙敬良组织设计人员在新长征三号运载火箭设计方案的基础上,对制导系统采取了三项技术改进措施,满足了风云一号气象卫星太阳同步轨道倾角偏差要求,并对长征四号A型运载火箭的设计方案,从性能、可靠性和经济性方面再次进行优化,决策并主持实施多项先进技术,诸如数字式姿态控制系统、三级全程氦气定压力值增压输送系统、双向摇摆伺服机构和发动机、表面张力贮箱等,把可靠性和安全性置于研制工作的首位。经过再一次优化的火箭设计方案,采用了多项先进技术,长征四号A型运载火箭成为具备能够分别满足地球同步轨道和太阳同步轨道不同发射要求能力的“两栖”运载火箭,达到20世纪80年代国内领先水平。

  “我的目标是我这个总设计师可以骑在发动机上试车”

  按照长征四号A型运载火箭的研制计划,1984年要完成具备二次启动功能的第三子级常规发动机的热试车,这是国内常规发动机二次启动功能的第一次大型试验,存在着相当的技术难度,国外和国内其他型号的类似试验都是败多胜少。

  此次试车,最大的风险点是国内运载史上第一次使用的共底贮箱。为了提高长征四号A型运载火箭的运载能力,弥补常规发动机的先天不足,作为总设计师的孙敬良在审查三子级设计方案的时候,明确要求:必须挖掘出三子级自身所有的重量潜力,最大限度提升卫星载荷的可用重量。于是,一般火箭上被分成两个的氧化剂贮箱和燃料贮箱在长征四号A型运载火箭上设计成了一个薄壁共底贮箱,这样做最大的好处是燃料箱和氧化剂箱共用薄壁箱底,减小了贮箱自身的重量;最大的风险是薄壁共底贮箱只能承担正压,如果燃料箱的压力超过氧化剂箱的压力,就会发生爆炸。

  这种薄壁共底贮箱的设计,使得整箭推进剂输送系统的控制相对复杂,不仅在飞行中要始终保持正压,就算是在加注的时候也必须特别关注共底面薄壁上的压力差值和方向,绝对不能产生负压。正是由于薄壁共底贮箱的这种特性,孙敬良在汇报试车准备情况时坦言,加注和试车时都有可能发生爆炸。听取汇报的领导听了孙敬良的话,沉吟片刻后断然地说:“推进剂加注的时候,你这个总设计师给我站在试车台上!”孙敬良毫不畏惧,斩钉截铁地回答道:“我的目标是我这个总设计师可以骑在发动机上试车!”

  到了正式加注的那天,孙敬良果然站在试车台上指挥加注。他说:“只要大家看见我站在这里,每个岗位的人员心里都会感到踏实。如果我这个总设计师都对加注没有信心,自己先跑了,大家心里会怎么想?还能安心工作吗?那样我们还试什么车!”他态度坚决,牢牢地“钉”在试车台上。

  一切准备就绪,开始加注。突然,一个加注管路的接头不知道怎么回事从插座上脱落下来,浓烟呛得四周的人几乎要窒息。来不及采取任何防护措施,孙敬良和周围的同事一起冲了上去,迅速捡起加注接头并在插座上用力拧紧。

  为了确保万无一失,他要求各个分系统在试车正式点火前再进行一次最全面、最严格的自检。没想到这一查,还真查出了问题:遥测没有信号,经过现场检查,初步判断是遥测单机出了问题。为了不浪费宝贵的时间,不让其他分系统陪着遥测排除故障,孙敬良批准把遥测单机换上备份机再进行测试,主份机返厂排故。但是在更换备份机后的测试中,遥测信号仍然显示姿控分系统的气瓶气压不足。由于有了遥测刚刚更换备份机的“前科”,大家都猜测可能又是遥测的问题,就纷纷建议要甩开遥测进行试车。

  孙敬良作为现场的技术指挥员,依然保持着头脑的冷静,他指示遥测分系统迅速查清遥测信号的真实性。检查结果让众人大跌眼镜,这次真的不是遥测信号问题,真的是姿控系统的气瓶气压不足!查到了真正的故障点,大家都很高兴。

  试车刚一点火,伴随着发动机震天动地的轰鸣,橘红色的火焰瞬间吞没了试车台,十几秒后,试车台上已经是大火连天。按照长征四号A型运载火箭三子级发动机试车的工艺布局,发动机的上方就是共底贮箱,贮箱上挂着10个气瓶。如果火势不能立即得到有效控制,气瓶就会有爆炸的危险,那可都是“炸弹”啊!孙敬良来不及多想,高喊:灭火器!灭火器!发动机周边提前准备好的多个氮气灭火器霎时喷射出高压气体,一下子就把火头压了下去。

  发动机工作了310秒后自动关机,长程、极端工况的热试车取得了圆满成功,标志着长征四号A型运载火箭初样阶段研制工作的全面完成。

  “设计可靠、生产严格、试验充分”是长征四号A型火箭队伍的指导思想

  作为长征四号A型运载火箭总设计师,孙敬良深深懂得,质量是航天飞行器的生命,他总结出了“设计可靠、生产严格、试验充分”12个字,在长征四号A型运载火箭的具体研制工作中,他又一次将这12字真言作为指导思想,严格要求各级设计师及生产人员,身体力行,率先垂范,用实际行动诠释12字真言的丰富内涵。

  由于长征四号A型运载火箭的曲折出身和经费限制,711工程计划投产两枚火箭就要正式发射两颗气象卫星,因此,工作目标就是首飞一次成功和两发连续成功。孙敬良在型号研制之初,就一再强调“我们失败不起,没有退路”,一再要求研制人员“在质量问题上要六亲不认,在处理问题时要一丝不苟”,不能有丝毫侥幸心理。他亲自担任火箭可靠性保障协调组组长,根据型号研制生产的进度和要求,有计划、有步骤地提出各阶段可靠性工程活动的内容、程序、要求和方法,在可靠性工程的国军标、部标尚未制定的情况下,组织参照国外标准,并结合长征四号A型运载火箭的具体情况,制定了《长征四号A型运载火箭可靠性保证大纲》,规定了可靠性工作任务、内容、要求和完成形式,作为本型号开展可靠性活动的总体规则,从而实现了质量可靠性工作从人治向法治的转变。

  在长征四号A型运载火箭初样研制工作开始的时候,总设计师孙敬良就确定了“设计可靠性从总体方案抓起,在满足总体要求的前提下尽量采用成熟技术以及采用新技术需要反复论证和充分试验”的三点设计准则,并在整个研制过程中反复强调和持续贯彻。在具体工作中,孙敬良坚持高标准,严要求,谁不按照工艺文件操作,谁检验马马虎虎,谁出了低层次质量事故,他批评起来毫不客气,让人下不了台,甚至有的男同志都被他批评地哭过鼻子。他常说,搞航天工作,就是要严上加严、细上加细、慎之又慎。因为航天工作的特殊性决定了它在质量上决不能搞人情、走关系。如果谁这样做,或者降低标准,那就是对航天事业的极端不负责任。

  在孙敬良的领导下,在整个长征四号A型运载火箭的具体研制工作中,事事处处、时时刻刻体现着“设计可靠、生产严格、试验充分”的工作理念,他带领大家励精图治,以舍我其谁的气魄和锲而不舍的精神,闯出了一条道路。

  1988年9月7日,北京时间4时30分,中国使用长征四号A型运载火箭,在太原卫星发射中心成功发射了一颗试验型气象卫星——风云一号。这是中国自行研制和发射的第一颗极地轨道气象卫星,也是中国第一颗传输型极轨遥感卫星。这一成功标志着中国航天技术达到新的水平,提高了中国天气预报的时效性、准确性以及监测灾害性天气的能力。当天,中央电视台在气象预报节目里插播了风云一号卫星传回来的云图照片。

  长征四号A型运载火箭首飞的成功,标志着中国成为世界上第三个能够独立发射太阳同步轨道卫星的国家。至此,中国已掌握了研制、发射和应用三种不同轨道卫星的技术,在尖端科学技术方面所取得的一系列重大成就,令世人瞩目。

  1990年9月3日,已经被任命为711卫星工程副总设计师的孙敬良,带领他的运载火箭队伍在太原卫星发射中心再传捷报。北京时间8时53分,第二发长征四号A型运载火箭准时发射,又一次精确地将第二颗风云一号气象卫星(FY-1B)和搭载的两颗气球卫星大气一号分别送入预定的太阳同步轨道和试验轨道。至此,长征四号A型运载火箭圆满完成预定的发射两颗风云一号卫星的任务。

  长征四号A型运载火箭两枚火箭相继发射均获圆满成功,尤其是首发一次成功,这在国内外大型运载火箭研制史是罕见的。从此,长征四号运载火箭成为国内发射太阳同步轨道卫星的主流火箭,牢牢地占领了中国运载火箭领域的半壁江山。

(责任编辑:苏杰西)

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