【科技日?qǐng)?bào)】姜毅：為長(zhǎng)征五號(hào)編織“火焰尾翼”
發(fā)布日期：2016-11-28 供稿：科技日?qǐng)?bào) 編輯：楊晶 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：姜毅：為長(zhǎng)征五號(hào)編織“火焰尾翼”
人物檔案
姜毅，生于1965年，現(xiàn)為北京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，宇航學(xué)院兵器發(fā)射理論與技術(shù)學(xué)科負(fù)責(zé)人，一直從事火箭導(dǎo)彈發(fā)射氣體動(dòng)力學(xué)、火箭導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)和發(fā)射系統(tǒng)仿真等的研究工作。
11月3日晚，當(dāng)長(zhǎng)征五號(hào)點(diǎn)火升空時(shí)，姜毅正守在家中的電視機(jī)前，緊盯著畫面中那一簇簇耀眼奪目的火焰——長(zhǎng)征五號(hào)點(diǎn)火的瞬間，數(shù)百噸水噴向火箭的尾翼，頃刻間，水化作的一團(tuán)團(tuán)巨型的水汽，成為了當(dāng)晚夜空中絢麗的“火焰尾翼”。
歷時(shí)三年，北京理工大學(xué)宇航學(xué)院姜毅教授及其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的海南航天發(fā)射場(chǎng)導(dǎo)流槽理論研究及縮比試驗(yàn)工作，在這一刻交上了完美答卷。
設(shè)計(jì)創(chuàng)意十足 卻遭受質(zhì)疑
姜毅團(tuán)隊(duì)大膽提出用“向火焰噴水”的方法縮短火焰長(zhǎng)度，可一浪浪的質(zhì)疑聲，讓“噴水”方案看起來困難重重……
長(zhǎng)征五號(hào)，在一眾火箭“兄弟”中，它是我國目前運(yùn)載能力最大的新一代運(yùn)載火箭，也是我國迄今為止研制的最大推力運(yùn)載火箭。
為了托舉起這個(gè)龐然大物，點(diǎn)火時(shí)火焰同時(shí)從若干噴管中噴出，火焰的溫度之高不僅能極快地熔化鑄鐵和銅，高溫高速的燃?xì)膺€會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力。如果不能將其順暢地排出，火箭反濺的燃?xì)饬鲿?huì)對(duì)運(yùn)載火箭的安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至可能釀成發(fā)射事故。
而位于火箭發(fā)射臺(tái)下端的導(dǎo)流槽，它的主要作用在于排導(dǎo)發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的大量的高溫高速燃?xì)饬鳎乐谷細(xì)饣鼗鸹驔_向地面設(shè)施，保證火箭與地面設(shè)施的安全。
姜毅告訴科技日?qǐng)?bào)記者，由于推力的增大，長(zhǎng)征五號(hào)所需的能量相應(yīng)增多，發(fā)射時(shí)所噴射的火焰長(zhǎng)度也大幅增長(zhǎng)，這一切都給火箭發(fā)射帶來空前難題。
“火焰長(zhǎng)度的增加，就意味著導(dǎo)流槽必須挖得更深才行；而深挖導(dǎo)流槽就會(huì)導(dǎo)致施工成本大幅增加。” 總體設(shè)計(jì)單位當(dāng)時(shí)就決定，發(fā)射場(chǎng)的導(dǎo)流槽必須采用新的設(shè)計(jì)思路。
如果不挖深坑，是否可以向燃?xì)饬鲊娝兀吭O(shè)計(jì)方案時(shí)，姜毅團(tuán)隊(duì)?wèi){借多年的研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，配合發(fā)射場(chǎng)總體設(shè)計(jì)單位，大膽提出用“向火焰噴水”的方法縮短火焰長(zhǎng)度。
水是否能讓火焰長(zhǎng)度減短嗎？不少方案評(píng)審專家擔(dān)心，火箭發(fā)射時(shí)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口燃?xì)馑俣润@人（3個(gè)多馬赫數(shù)，超過了2000m/s），水能噴得進(jìn)去嗎？會(huì)不會(huì)一碰到燃?xì)膺吔缇头磸椓四兀?/p>
一浪浪的質(zhì)疑聲，讓“噴水”方案看起來困難重重。
10個(gè)月證明“向火噴水”可行
面對(duì)質(zhì)疑，姜毅選擇用數(shù)據(jù)說話。他們利用數(shù)值建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“向燃?xì)饬鲊娝钡睦碚摲治觥?/p>
面對(duì)質(zhì)疑，姜毅選擇用數(shù)據(jù)說話。僅用10個(gè)月時(shí)間，姜毅團(tuán)隊(duì)就利用數(shù)值建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“向燃?xì)饬鲊娝钡睦碚摲治觯⑴浜习l(fā)射場(chǎng)總體單位完成了上百種方案設(shè)計(jì)的理論研究。
那段時(shí)間，熬夜、加班對(duì)于姜毅來說都再尋常不過。
當(dāng)時(shí)，姜毅的團(tuán)隊(duì)兵分兩路，一頭在北京爭(zhēng)分奪秒地進(jìn)行理論計(jì)算；另一頭則在西安試驗(yàn)場(chǎng)連續(xù)奮戰(zhàn)3個(gè)多月，實(shí)驗(yàn)一個(gè)接一個(gè)，短時(shí)間內(nèi)完成了大量的試驗(yàn)任務(wù)。
拿出研究方案后，清晰的數(shù)據(jù)證明“噴水”的可行性。“同意！”這一方案得到了在場(chǎng)所有專家及領(lǐng)導(dǎo)的贊許。回憶起當(dāng)時(shí)的那一幕，嚴(yán)謹(jǐn)而靦腆的姜毅，激動(dòng)得揮起手來，擺出了一個(gè)“OK”的手勢(shì)，臉上笑開了花。
光理論上可行還不夠，需要實(shí)踐進(jìn)一步證明。姜毅教授帶領(lǐng)7名博士生和總體單位一起攻關(guān)，通過縮比噴水試驗(yàn)，證明了通過向火箭燃?xì)饬鲊娝纱蠓档腿細(xì)馍淞骱诵膮^(qū)長(zhǎng)度，為降低導(dǎo)流槽設(shè)計(jì)深度提供了重要的科學(xué)依據(jù)，大幅節(jié)約施工成本。“噴水后，火焰的長(zhǎng)度明顯縮短。火焰的長(zhǎng)度短了，導(dǎo)流槽也就不必挖得那么深了。”姜毅指著電腦上的實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫對(duì)記者說。
憑借這一首創(chuàng)的“向燃?xì)饬鲊娝狈桨福銏F(tuán)隊(duì)征服了總體設(shè)計(jì)單位。最終，北京理工大學(xué)成為新型航天發(fā)射場(chǎng)導(dǎo)流槽設(shè)計(jì)的唯一合作單位，參與了我國新一代運(yùn)載火箭導(dǎo)流槽理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
靈感乍現(xiàn) 雙弧形導(dǎo)流設(shè)計(jì)
“向火噴水”不是創(chuàng)意的全部，長(zhǎng)征五號(hào)導(dǎo)流槽的雙弧形設(shè)計(jì)也蘊(yùn)含著姜毅的智慧。而這不是雙弧形的第一次亮相……
“向火噴水”不是創(chuàng)意的全部，長(zhǎng)征五號(hào)導(dǎo)流槽的雙弧形設(shè)計(jì)也蘊(yùn)含著姜毅的智慧。
要兼容發(fā)射各種大推力火箭，這就對(duì)海南發(fā)射場(chǎng)的導(dǎo)流系統(tǒng)提出了更高的要求。為適應(yīng)長(zhǎng)征五號(hào)嚴(yán)苛的發(fā)射條件，姜毅團(tuán)隊(duì)提出了導(dǎo)流槽出口雙弧面設(shè)計(jì)技術(shù)。
長(zhǎng)征五號(hào)升空的那一刻，巨大的燃?xì)鈭F(tuán)伏地而起，這便是雙弧面的“功勞”。“讓高溫高速的燃?xì)饬髻N著地面‘跑’，遠(yuǎn)離發(fā)射裝置，降低了它對(duì)火箭的影響。”姜毅說。
而這不是雙弧形的第一次亮相。早在國慶60周年閱兵式上，一輛防空導(dǎo)彈發(fā)射車首次應(yīng)用了雙弧形設(shè)計(jì)。談及如何會(huì)有這樣的奇思妙想，姜毅坦言那是“被逼出來的靈感”。
2003年，兩家正在研制導(dǎo)彈發(fā)射車的軍工企業(yè)，同時(shí)遇到了難題——導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力，反作用到發(fā)射車上，很可能“導(dǎo)彈飛了，車也跟著飛了”。
臨近設(shè)計(jì)交付期，萬般無奈，他們不約而同找到了姜毅。時(shí)間緊迫，常規(guī)方法無法奏效，只能另辟蹊徑。接受任務(wù)時(shí)，他正坐在從武漢返回北京的火車上，旅途中一路苦思冥想，就在臨下車前，腦子突然蹦出了靈感——雙弧面。
以往的車載導(dǎo)流器都是平面，反作用力大；而弧面對(duì)燃?xì)饬鲾_動(dòng)小，反作用力小，對(duì)車的沖擊力也就小，“車就不會(huì)飛走了”。
正是這“由平變弧”的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，讓導(dǎo)彈發(fā)射車減少了40%水平?jīng)_擊力。
邊境線上長(zhǎng)大的武器迷
年少時(shí)，邊境線上的戰(zhàn)火紛飛，在姜毅心中打下了深深的烙印。這段經(jīng)歷也徹底改變了姜毅的人生軌跡……
1965年11月，姜毅出生在臨近中越交界的云南省開遠(yuǎn)市。年少時(shí)，邊境線上的戰(zhàn)火紛飛，在姜毅心中打下了深深的烙印。“飛機(jī)就從頭頂飛過，大炮和坦克就停在眼前。”姜毅回憶道。
“那是我第一次感受到了國防力量的重要。”這段經(jīng)歷也徹底改變了姜毅的人生軌跡。從那以后，姜毅便對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭等產(chǎn)生了濃厚的興趣，上中學(xué)時(shí)便成了一個(gè)地道的軍事迷。
高考時(shí)，姜毅的成績(jī)?cè)谑?nèi)名列前茅，分?jǐn)?shù)上的優(yōu)勢(shì)足以讓他“橫掃”一眾名校。但執(zhí)著于心中的導(dǎo)彈情結(jié)，姜毅義無反顧地選擇了具有優(yōu)良傳統(tǒng)、以國防科技見長(zhǎng)的北京工業(yè)學(xué)院（北京理工大學(xué)前身），把火箭導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)專業(yè)作為第一志愿。
于是，年僅16歲的姜毅從云南考到北京，進(jìn)入了心儀的專業(yè)。然而，大一時(shí)的他還是個(gè)“愛想家”的少年，思念著萬水千山外的家鄉(xiāng)。直到大二，在學(xué)習(xí)了幾門專業(yè)基礎(chǔ)概論課后，“才漸漸有了感覺，入了門兒。”
本科畢業(yè)后，姜毅選擇在本校讀研，就在讀研期間，他第一次從書本走向了實(shí)打?qū)嵉陌l(fā)射——1987年，在西昌發(fā)射場(chǎng)，參與大推力運(yùn)載火箭發(fā)射工位燃?xì)饬骼碚摲治龉ぷ鳌?/p>
“當(dāng)時(shí)西昌發(fā)射場(chǎng)已經(jīng)建設(shè)完畢，我們主要參與的是工程系數(shù)的復(fù)核環(huán)節(jié)。”姜毅說，關(guān)于發(fā)射的一切以前只是書本上的數(shù)字，而直到自己站在巨型的發(fā)射臺(tái)旁，才真切地感受到一個(gè)個(gè)系數(shù)背后所承載的力量。
如今，姜毅則把更多的精力放在了培養(yǎng)學(xué)生上。他帶了兩門本科生的專業(yè)課：大四的《燃?xì)馍淞鲃?dòng)力學(xué)》、大三的《火箭導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)概論》。27年的一線教學(xué)，他共帶出了15名博士，50多名碩士，其中絕大多數(shù)工作在航天、國防等部門。
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