张贵田的技术成就
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发布时间：2023-05-04 13:56
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时间：2023-10-30 02:33
1961年，归国后的张贵田参加了我国第一台自行设计的可贮存液体火箭发动机的研制工作。火箭发动机被称为运载火箭的“心脏”，是火箭研制中最关键、最困难的部件之一。60年代初，我国在液体火箭发动机研究领域尚处在初创阶段，物质条件相当简陋，技术基础相当匮乏，国际上业已掌握相关技术的国家则严守机密，密不透风。在这种条件下，要突破作为航天尖端技术中的技术关键，张贵田和他的同事们面临着一系列严峻的技术考验，其中包括一个重大的难题——火箭发动机燃烧不稳定的问题。
发动机工作过程是箭体内的两种推进剂由涡轮泵提压后喷入燃烧室燃烧，产生高速燃气流，使火箭脱离地球引力飞向太空。如果燃烧室喷注器设计不合理、参数选择不当，进入燃烧室的两种推进剂雾化、混合状况不好，在飞行中燃烧室会产生不稳定燃烧，燃烧室会严重烧蚀和产生剧烈的振动，使整个发动机系统遭到破坏。
在近两年的时间里，这个问题始终困扰着张贵田和同事们，大家食不甘味，寝不安席。
“一定要把这个‘鬼’捉住！”他暗暗下定决心。先后进行了上百次试验，判读了成千上万个试验数据，查找国内外大量资料，对任何一个疑点都不放过。经过了反复计算和分析，对试验程序进行了多次改动，对产品结构进行了一再改进，潜心推演，终于抓住了不稳定燃烧的活动规律，进而发现是燃烧室的固有频率正好与燃气的压力振荡耦合导致了不稳定燃烧，这正是困扰当时世界许多国家航天专家的高频振荡问题。
找到了问题的症结，就可以对症下药了。经过缜密而深入的研究，张贵田提出了设计的主导思想：首先对燃烧室进行分区，以改变声频振荡的固有频率；同时改变推进剂的流量及混合比，合理分布燃烧释放的能量。在这种思想的指导下，采用“液相分区法”这一有效措施来抑制不稳定燃烧，获得了成功。后来“液相分区法”和固体隔板相结合的方案被用于多种发动机的设计。经过上百台发动机的地面和飞行试验，不稳定燃烧的“鬼”再也没有露面。在大量实践的基础上，他进而提出“液相分区机理对任何液体火箭发动机都是有效的，仅是由于推进剂及具体结构不同、具体措施不同”的观点，在国内同行中得到广泛认同并获得应用。
张贵田攻克了不稳定燃烧这一技术难题，为我国火箭发动机的研制开辟了道路。这一研究成果获得1978年的“全国科学大会奖”。
1965年，国家下达了651工程任务，即发射第一颗人造卫星。这需要新研制运载火箭第二级液体发动机，张贵田担任运载火箭发动机主任设计师，这是我国研制的第一台高空发动机。这种发动机要求结构轻、性能高，其关键是火箭飞上高空后，如何在失重情况下点火启动。
在研制这个发动机时，正值“文化大*”时期，上级组织的信任和关心，为研制工作排除了大量干扰，确保研制工作得以顺利进行。在研制工作中，他首次在国内采用了膨胀比为50∶1的高空大喷管，将涡轮废气引入燃烧室，碟形启动活门等先进技术，使发动机布局紧凑、结构合理、重量轻、高性能、高可靠。在发动机高空点火、提高比冲、试车及参数测量等难关突破以后，1970年1月，新研制的运载火箭用这个发动机进行了飞行试验。从外测、遥测数据分析二级发动机的高空点火、启动、关机等都很正常。但他仍不放心：在实际飞行中，发动机在高空工作的情况到底怎么样？
要解答这个问题，就必须到火箭残骸落区去寻找试验发动机的残骸，以便更准确地验证分析发动机的工作情况，做到眼见为实。当时已经临近春节，他不顾家人对春节团聚的期盼，主动要求到远在新疆塔克拉玛干大沙漠的落区寻找发动机的残骸。他和另外三名设计人员在茫茫大沙漠中餐风宿露，最后终于找到了发动机残骸。经过分析，证明飞行试验中二级发动机工作状况良好，设计合理，为发射卫星用的发动机可靠性评估找到了依据，他心里这块石头才落了地。
1970年4月24日，长征一号火箭成功地将我国第一颗人造地球卫星送上太空，开始了我国航天事业的新纪元。长征一号火箭二级高空发动机研制一次成功，获1978年全国科学大会奖。
1973年七机部唐山会议根据我国航天事业发展的需要，决定发射地球同步轨道通信卫星。其技术重点，除卫星之外，采用常规发动机的运载火箭还需要研制出高性能的、能二次启动的*火箭发动机。张贵田作为发动机主任设计师，开始了新一轮的技术攻关。
多次启动的*高空发动机研制面临一系列新问题。发动机的比推力、结构重量等性能参数，对火箭的有效载荷影响极大。由于发动机采用了新的程序，极大地增加了研制难度。为了提高性能，增加可靠性，减轻重量，特别是解决高空多次启动等技术难题，他和同事们付出了异乎寻常的努力，设计人员为了要在1500千米以外的生产厂家解决生产中出现的问题，他们克服了重重困难，最后这些难题全部得以解决，*高空二次启动（双向摇摆）发动机达到了当时国际同类发动机的先进水平。并作为长征四号甲运载火箭的发动机，成功发*太阳同步轨道气象卫星，并为风云一号气象卫星的连续发射成功作出了重要贡献。
*火箭发动机1978年获全国科学大会奖。长征四号甲运载火箭于1991年荣获了当年全国惟一的“国家科技进步特等奖”，他作为研制代表到人民大会堂参加了领奖大会。
张贵田作为型号副总设计师和发动机主任设计师，组织和主持了我国第二代液体洲际导弹发动机的研制。他在亲自参与并制定一、二级发动机燃烧室方案时，大胆决策并首次采用了先进的声腔技术，有效地抑制了发动机的不稳定燃烧，提高了发动机的性能和可靠性。*末修姿控发动机首次采用了双组元推进剂，在研制过程中，他攻克了喷注器、燃烧室抗氧化高温涂层等一系列技术关键，大幅度地提高了发动机的性能，开创了我国双组元末修姿控发动机的新领域。双组元末修姿控发动机首次创造性地应用于洲际导弹减少了非制导误差，显著地提高了命中精度，巩固并提高了国防实力，填补了我国在该领域的空白，为我国航天多次启动轨道级和姿控发动机研制打下了坚实的基础。并将此项技术储备成功地用于我国第二代固体战略导弹的末修动力系统中，使我国末修姿控发动机技术上了一个新台阶。
张贵田作为我国大型运载火箭发动机技术的主要负责人之一，不仅立足现实，重视精益求精地吃透我国现有火箭发动机的技术关键，而且放眼长远，非常重视我国未来运载火箭特别是发动机的预先研究。
早在1982年，他在担任我国液体火箭发动机研究所所长时，就做出战略性的安排，提高现有火箭发动机性能，进一步挖掘其技术潜力。1984年他担任067基地主任后，在基地科研经费十分困难的情况下，仍然重视预研工作，组织力量对发动机大喷管技术、推进剂利用系统等课题进行预先研究，并取得了多项研究成果。
1989年根据对外发射需要在18个月内研制出新型的大推力火箭，即后来的长征二号*式运载火箭。而留给液体火箭发动机的研制周期仅15个月。当发动机设计任务书下达到067基地后，张贵田在充分组织论证的基础上，利用预先研究成果，很快就拿出可行的技术方案。在他的精心组织下，研制工作进展顺利，仅用14个月，就研制生产出可供飞行用的大小发动机25台。
长征二号*式运载火箭发动机的研制成功，使我国长征火箭的近地轨道运载能力从不足2.4吨提高到9.2吨，为我国火箭跻身国际商业卫星发射市场作出了重要贡献。该发动机的适应性改进型用于长征2F火箭，为我国首次成功发射神舟号试验飞船作出了重大贡献。
进入20世纪90年代，世界各国在航天领域的竞争日趋激烈，有着多年从事对科研、生产、试验统一管理经验的他，根据工作中的亲身体会及对国际航天技术发展趋势的深刻把握，积极跟踪世界领域里的液体火箭推进技术先进水平，组织人员开展了对具有世界先进水平的液氧/煤油发动机的研制工作。早在1985年，他就积极向有关领导提出在我国应尽早开展液氧/煤油发动机研制的建议。
这种新型的发动机与我国现有的常规火箭发动机相比，有许多突出的优点：一是使用我国资源极为丰富的煤油作为燃烧剂，经济适用，成本低；二是推进剂无毒、无污染，有助于保护环境；三是使用一系列的新材料、新工艺、新设备、新技术，能够带动我国相关领域的科技发展；四是性能高，可大大提高火箭的运载能力，可使我国液体火箭发动机技术上一个新台阶，为研制新型运载火箭所需要的动力技术打下坚实的基础。但是，这种发动机的技术要求高、研制难度大，它采用的推进剂、循环方式、研制途径与过去的发动机研制大不相同，我国既没有这种发动机的研制经验，也缺乏现成的技术资料，研制难度不言而喻。
1987年，根据国家“863”高技术航天领域专家委员会的研究计划，张贵田组织了对液氧/煤油发动机的可行性论证和预先研究，完成了对液氧甲烷、液氧丙烷、液氧煤油的传热试验和点火试验。
在研制中，他除了要解决设计方案选择等关键技术外，还要解决研制中的试验设施、加工设备、材料、工艺、试验方面的技术关键。他始终注意发扬技术民主、集思广益、充分重视和尊重同行专家、设计人员的意见，对重大设计方案、重大试验方案的选择和确定，他都亲自参加。既主动听取各方面的意见，又敢于坚持发表自己的观点，敢于负责、敢于决策。他始终坚持把质量、安全、可靠性作为头等大事来抓。对每一项设计改进，都坚持在充分论证的基础上，把工作做透、做实，决不放过任何一个疑点和隐患。
在张贵田和同事们的共同努力下，液氧/煤油发动机研制工作进展顺利。现已完成了涡轮泵关键技术、燃气发生器关键技术、阀门关键技术等课题的研究。已攻克了该发动机的关键技术，用国产煤油成功地进行了热试车。成功地进行了我国首台液氧/煤油发动机发生器——涡轮泵联动试验，试验结果与设计调整值一致，试验系统工作协调，表明我国已成为继前苏联之后第二个初步掌握在液氧/煤油发动机上采取补燃技术的国家。并于同年又进行了两次液氧/煤油发动机发生器——涡轮泵联动试验，提前两年完成了国家“863”计划下达的研究课题，液氧/煤油发动机发生器——涡轮泵联动试验技术研究被评为国防科工委科技进步一等奖。
该新型发动机的研制及保障条件建设项目已被国家批准立项，正式转入工程研制阶段，已完成了液氧/煤油发动机的半系统试车，自行设计的整机试车均获成功，研制工作进展顺利。
新一代液氧/煤油发动机的研制成功，可形成运载能力大、发射费用低和高可靠、无毒无污染的我国新一代运载火箭系列，可使我国运载火箭技术和国际商业发射服务的竞争力提高到一个新的水平。
科学研究的发展历程，就是人类从“必然王国”走向“自由王国”的历程。其间成功和挫败必然如影随形。与成功相比，危难之处、挫败之时更能显示人的精神境界和人格力量。张贵田的科研生涯就是一个鲜活的例证。
1992年3月22日，中国发射“澳星”的长征二号*火箭在西昌卫星发射中心腾起一团团桔*的浓烟，但却没有升空。此时的火箭已经成为一枚令人望而生畏、避之惟恐不及的定时*，世界在一刹那呆住了。
当时作为发射副总指挥的张贵田和其他领导很快出现在毒气弥漫的发射现场，查看故障。而这时携带几百吨推进剂的发动机喷管还不断地冒着燃气，随时都有爆炸的危险。事后有人问他，你想过那时有多危险吗？他风趣地说：“想过，但那是在离开发射现场以后。”
把生命攸关的危险置之度外，异乎寻常的艰难自不待言。“澳星”首次发射失利后，一副异常沉重的担子落在张贵田和067基地的肩头——国家要他们在两个月的时间里拿出8台大型火箭发动机来。而按平常的进度，研制8台发动机至少要半年时间，两个月无异天方夜谭！但“燕赵自古多慷慨悲歌之士”，张贵田向航天部领导立下军令状：“完不成任务，我就去当杨继业！”
两个月后，8台优质火箭发动机按时交付。几个月后，我国“长二捆”火箭在西昌呼啸而起，准确地将“澳星”送达预定轨道。由于张贵田在科研工作中敢打硬仗，被当时航天部领导和同事们称为工作中的“拼命三郎”。
“弹指一挥间”，中国航天事业已步入不惑之年，张贵田也由20 多岁的青年逾过花甲之年，不用扬鞭自奋蹄，为了实现他今生最大的心愿，为了中国航天事业的再次腾飞，他仍然在航天事业这块沃土上，不知疲倦地奋斗着、拼搏着。
