5月21日早上5時28分，在西昌衛星發射中心，長征四號丙運載火箭將嫦娥四號中繼衛星 “鵲橋”送入預定軌道，為我國“嫦娥四號”月球探測器在月球背面軟著陸任務搭建起“鵲橋”鋪平了道路。
承擔本次發射任務的長征四號丙運載火箭是長征系列運載火箭中的一名“老將”，自2006年首飛至今，已經執行了20余次發射任務，將20多顆遙感衛星送入太空，并搭載發射了10余顆國內外小衛星，為我國太空探索立下了赫赫戰功。本次發射任務是長征四號丙運載火箭首次在西昌衛星發射中心執行高軌道發射任務，從此拉開了其開展宇航發射任務的“新征程”。
長征四號丙運載火箭使用的常溫推進劑一、二、三級主動力發動機均由中國航天科技集團六院11所研究設計，其中一、二級發動機更是譽為“金牌發動機”，廣泛應用于我國長征系列運載火箭主動力系統，以其高可靠性保證了“載人航天”、“北斗導航”、“探月工程”等國家重大專項工程的順利實施。從2007年10月到2013年12月，六院11所研制的一、二級發動機推舉著長征三號甲系列運載火箭將“嫦娥一號”、“嫦娥二號”、“嫦娥三號”順利送入太空，圓滿實現了我國月球探測“繞落回”三步走中的前兩步。
“金牌動力”連續成功的背后，是技術上的安全可靠，質量管理上的深耕細作。
攻堅克難 為了高可靠的動力
“沒有攻克不了的難題!”中國航天科技集團六院11所黨委書記、火箭發動機專家陳煒的話鼓舞了大家的斗志，點燃了設計師心中的“爐火”。
三九隆冬，秦嶺深處的大型發動機試車臺進行某重點型號可靠性試車，然而意外的事情發生了二級游動發動機氧化劑導管出現斷裂等現象，最后實施緊急關機。就在11所設計人員緊鑼密鼓地進行故障歸零時，一周后進行的運載二級發動機可靠性抽檢試車，故障再次復現……
200次成功飛行，100余次試車成功，這么成熟的型號，居然連續兩次試車出現問題，這給了研制隊伍當頭一棒。大家個個表情凝重，疑惑不解，就像自己小心翼翼精心呵護很多年的孩子，突然間摔了個大跟頭，而且還這么嚴重。
發射場火箭已經豎立在塔架上，箭在弦上，發還是不發?后面一連串的發射任務怎么辦……
承受著質疑和壓力，設計師隊伍認真分析了試車數據，認為發動機不穩定燃燒導致振動偏大，是產生故障的根本原因。但是故障出現的時間已經超出了任務需求時間，因此大膽決策，發射任務正常進行，也得到了上級的鼎力支持。三天后，發射成功，但是研制隊伍沒有一絲的輕松，振動偏大就像懸在頭頂的“達摩克利斯之劍”，導致發動機整體工作力學環境惡化，影響發動機的工作可靠性。液體火箭發動機振動、燃燒問題是世界性難題，美國、前蘇聯還有我國的多個發動機型號都吃過苦頭，甚至導致型號下馬。
11所發動機設計師聯合仿真試驗研究人員以及工廠等一線生產人員，全力通關，開展了大量的論證研究工作，從各種可能的原因開展分析排查工作。博士劉上挺身而出，勇敢接受了這一任務。面對新的難題，他義無反顧，與推力室設計人員積極溝通，開創性地開展了發動機最大汽蝕管可視化動力學研究試驗、發動機泵后系統中高頻水力激振試驗，并且提出了微調改進方案。
經過大量的仿真分析、組件冷試、縮尺件熱試，以及多輪次地摸索、研討，最終確定了改進措施。2017年9月，在某重點型號一級發動機可靠性增長試車上經受了考驗，試車取得圓滿成功。緊跟著喜訊連連，2017年12月，某重點型號一級發動機第二次采取了抑制推力室異常振動的改進措施，并完成了高工況長程可靠性試車，試車再次取得了圓滿成功。
至此，大家的臉上才露出了幸福的笑容，三年的辛勤努力，終于得到了回報。2018年3月30日，常規運載一級發動機抽檢試車再次獲得圓滿成功，振動量級非常小，為后續發射任務的可靠性提供了有力的保障。
“繡花”工夫 為了筑牢成功之基
一件件地分析，一遍遍地修改，一輪輪地討論……
針對一、二級發動機，11所的設計師共梳理出Ⅰ類、Ⅱ類單點故障模式300余項，涉及到具有獨立功能的組件300余件，并有針對性地設置了關鍵特性3000余項。
常規運載火箭一、二級發動機研制隊伍在型號副總師的帶領下，不厭其煩、大力協同，通過近一年的“繡花工夫”，最終完成了上述項目的完整梳理。
作為運載火箭的“心臟”和核心部件，發動機具有結構復雜、功率密度高、工作環境惡劣等特點。長征四號丙運載火箭一、二級發動機共有數萬個零件組成，多個零件組成組件，組件再構成部件，最終組成發動機系統。在發動機工作過程中，具備高溫、高壓、高振動的三高特點。在如此嚴酷的條件下，發動機的所有零組件，都需要可靠工作，不僅要完成各自功能，而且需要協調工作。由于發動機的結構質量受到嚴格限制，難以進行冗余設計，因此系統中任何一個零件出現故障，都有可能導致整個任務失敗，設計師稱之為“單點”故障。
一、二級發動機系統到底有多少種單點故障模式和單點故障組件?它們的影響程度如何?
為了回答這個問題，設計師系統開展了深入地故障模式分析。先以組件為單元，梳理故障模式，然后針對每一個組件再具體梳理零件故障模式，逐層細化，層層分解，直到一個個螺釘、螺母。
梳理完故障模式之后，設計師系統又根據影響程度和發生概率進行了分類，分為I類故障、II類故障、III類故障、IV類故障。梳理完故障模式和組件后，設計師系統又開展了故障模式和影響分析，對影響程度較大的I類、II類單點故障模式產品均設置有關鍵特性，從發動機設計、工藝、過程控制三方面對關鍵組件和關鍵特性項目進行了一一梳理，制定相關控制措施，即三類關鍵特性及控制。在三類關鍵特性項目中均制定了強制檢驗點，嚴格質量把控，全面有效地進行檢測確認。同時對發動機不可檢測產品及項目、易錯項目、成敗型操作涉及產品、極性項目、測試覆蓋性、連接部位量化控制、小導管質量控制等等，均進行一一梳理，以確保發動機系統任何一個零組件均在可控范圍內。
經過一輪一輪的細化梳理，形成了一套門類齊全的數據庫系統，有效提升了一、二級發動機的設計、生產過程數字化程度及產品質量管理水平。審視著一個個合格的數據，看到的是發動機穩定的工作曲線和衛星、探測器、飛船騰空而起的壯舉。
一箭嘯長空，使命更光榮!今年年底，一、二級發動機還將助力“嫦娥四號”月球探測器“鵲橋”相會。作為我國航天進入太空的金牌動力，長征系列運載火箭還將承擔更多的發射任務，承受更多的使命“亞太”、“海洋”、“風云”、“北斗”……2018年35次發射任務，200多臺發動機的生產交付，容不得研制隊伍有半點松懈。
使命在召喚，任重而道遠!11所人將一如繼往、勇毅前行，打造安全可靠的火箭“心臟”，推舉中國航天飛得更高更遠!
來源：國家航天局
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