據(jù)《西安日報》2月17日報道，今年春節(jié)期間，被稱為中國硬科技科幻大片的《流浪地球》熱映。電影中太陽即將毀滅，人類在地球表面建造出1萬多個巨大“行星發(fā)動機”，推動地球?qū)ふ倚碌募覉@。如同電影里展現(xiàn)的一樣，“發(fā)動機”是人類探索太空的關(guān)鍵技術(shù)之一。推動地球移動的發(fā)動機，對于目前人類科技而言只能是“科幻”；但在前不久圓滿完成的“嫦娥四號”工程任務(wù)中，美麗的嫦娥“四姑娘”代表地球上居住的75億人類，第一次登上月球背面，卻是我們這個時代太空技術(shù)發(fā)展高度的標志性成果之一。

嫦娥四號 圖丨@新華視點

然而，又有誰知道，“四姑娘”這次人類歷史上首次月背之旅，多虧她穿上了一雙神奇的太空“舞鞋”——“嫦娥四號”變推力發(fā)動機。而變推力發(fā)動機的研制單位，就是位于西安的中國航天科技集團六院。

打造量身定制的太空“舞鞋”

2018年12月8日，從長征三號乙運載火箭上脫離后，“嫦娥四號”便信心滿滿，開始了她的太空“曼舞”。她知道，此去征程路遙遙，長達42萬公里。

飛過漫長的旅途，“四姑娘”用一腳精準的“剎車”，成功被月球捕獲，正式登上表演的“舞臺”。動力下降、減速調(diào)姿、懸停避障……“嫦娥四號”穿上一雙量身定制的“舞鞋”——7500N變推力發(fā)動機，時而“輕手輕腳”，時而“開足馬力”……“四姑娘”在太空中一系列變換“舞姿”的動作，瀟灑自如。

然而，鮮有人知道，這雙量身定做的“舞鞋”出自中國航天科技集團六院變推力發(fā)動機研制團隊成員之手。有媒體這樣形容7500N變推力發(fā)動機的表現(xiàn)，既“推得精、飛得穩(wěn)”，又“變得妙、落得準”。

值得一提的是，這雙“舞鞋”最早“穿”在嫦娥三號的“腳”上?！叭媚铩笔俏覈谝粋€在月球表面實現(xiàn)軟著陸的探測器。落月過程要求發(fā)動機具備深度節(jié)流能力，能夠?qū)崿F(xiàn)多種推力工況的快速變化。7500N變推力發(fā)動機的研制，正是為了圓“三姑娘”的“探月夢”。

嫦娥四號落月軟著陸瞬間

和“嫦娥三號”相比，“四姑娘”要實現(xiàn)世界上首次在月球背面著陸，環(huán)境更復(fù)雜，對發(fā)動機的要求也更嚴苛。“嫦娥四號”的這雙“舞鞋”，不僅要更“漂亮”，性能也要實現(xiàn)新提高。而令“四姑娘”感到非常幸運的是，這一次穿在她腳上的這雙舞鞋，真正地達到了要求：發(fā)動機外觀涂層更美觀，使用壽命更長；衡量發(fā)動機性能的指標——比沖，從原來的308秒提高到310秒。

看似不起眼的涂層和2秒鐘的差距，這背后體現(xiàn)了六院變推力研制團隊精益求精的態(tài)度。在產(chǎn)品的質(zhì)量復(fù)查單上，200多根導(dǎo)管、400多條焊縫管路、400多處螺釘連接都要做到精細化處理。為了讓運動部件配合更加準確，研制團隊將零件加工精度提高到0.005毫米。

變推力發(fā)動機主任設(shè)計師蘭曉輝依然記得，在一次對即將交付產(chǎn)品的電性能測試中，有一個電磁閥開啟時間超出了設(shè)計要求的幾毫秒。盡管交付在即，為了達到“滿分”標準，團隊成員還是將產(chǎn)品重新拆卸、查找問題根源，最終成功解決問題。而他們所做的這一切，只為讓“嫦娥四號”能在險象環(huán)生、環(huán)境復(fù)雜的太空上演最美的“舞姿”，以最穩(wěn)健的方式實現(xiàn)月背落月的目標。

十余載艱難跋涉 攻克技術(shù)難關(guān)

其實，這雙“舞鞋”的研制之路，早在2006年已經(jīng)開啟。當時，“嫦娥三號”動力系統(tǒng)“最后一棒”的重任，落到了中國航天科技集團六院變推力發(fā)動機研制團隊的手中。面對一無經(jīng)驗、二無材料的窘境，他們決定依靠自主創(chuàng)新，研發(fā)國產(chǎn)變推力發(fā)動機，解決“嫦娥三號”的動力問題。更為棘手的是，這雙“舞鞋”要求5年內(nèi)完成交付。而常規(guī)情況下，從論證設(shè)計到產(chǎn)品交付，研制一種新發(fā)動機至少需要10年時間。時間緊、任務(wù)重，研發(fā)團隊的壓力可想而知。

接到7500N變推力發(fā)動機研制任務(wù)之前，蘭曉輝多年從事運載火箭三級發(fā)動機二次啟動研制工作。外人看來，高空發(fā)動機與變推力發(fā)動機有著多次啟動、高工況工作的共同特點。但從專業(yè)角度來說，二者一個是固定推力、一個是變推力；結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，一個是固定部件、一個是活動部件，可謂天差地別。

變推力發(fā)動機可行性研制論證任務(wù)，對蘭曉輝及其團隊而言是一道從未有過的難題。他們既面臨著國內(nèi)從未有任何變推力發(fā)動機研制經(jīng)驗、國外資料嚴重封鎖無可借鑒的多種困難。變推力發(fā)動機研制，由于先天不足，從一開始就面臨著山重水復(fù)疑無路的重重困難。而一旦不能在任務(wù)進度節(jié)點上攻克難關(guān)，還面臨著研制立項化為泡影的威脅。

在重重困難面前，蘭曉輝帶領(lǐng)研制團隊艱難起步，以螞蟻啃骨頭的精神，挖掘現(xiàn)有的發(fā)動機基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)，確定發(fā)動機各項設(shè)計目標，對各個部組件進行多方案論證，理順各個方案組合的可行性。發(fā)動機溫度過高、性能低、推力室燒穿，都是家常便飯。為了解決接踵而來的難題，研制團隊不斷迸發(fā)出新的智慧，在產(chǎn)品改進的同時，開發(fā)了發(fā)動機性能仿真計算、熱環(huán)境仿真試驗等軟件，加快了研制進度，不僅成功實現(xiàn)了研制立項，還節(jié)約了一筆不小的研制經(jīng)費。

2008年4月，600秒長時間變推力發(fā)動機可靠性試車的成功，標志著該發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)得到全面突破，轉(zhuǎn)入工程研制。然而，新的難題又紛至沓來。難度最大的是應(yīng)探測器設(shè)計要求，在發(fā)動機周圍采取隔熱的方式進行熱防護。這對發(fā)動機自身冷卻提出了極為嚴苛的要求，不僅要求推力室壁耐高溫能力強，還要盡量讓燃燒室降低溫度，提高燃燒效率，兩者幾乎是悖論。蘭曉輝帶領(lǐng)團隊提出了創(chuàng)新的冷卻方式，使該發(fā)動機在性能和冷卻技術(shù)方面均達到國際先進水平，圓滿解決了這一難題。

2011年底，當7500N變推力發(fā)動機連續(xù)8臺可靠性試車全部獲得成功，研制團隊緊繃的神經(jīng)，總算稍稍放松。

然而，到了“首秀”的那一天，蘭曉輝又緊張地“捏著一把汗”。探測器要在飛行至月球100公里高度時進行“緊急剎車”。然而，遙測數(shù)據(jù)傳回地面飛控中心有數(shù)秒鐘的延遲，一旦有任何失誤，探測器就會飛離軌道。好在發(fā)動機開機點火的信號準時傳回地面，“三姑娘”腳踏“舞鞋”，“舞步”精準又柔美。

5年之后，美麗的“四姑娘”再次懷抱月球車，在天宇劃出一道美妙的弧線。身姿婀娜曼妙，亮相儀態(tài)萬方，讓時刻關(guān)注“嫦娥四號”落月動態(tài)的六院研制團隊喜極而泣。所有的艱難跋涉，在這一刻幻化成了幸福的淚水。

（楊斌鵠）