来源: 《国际航空》杂志社(北京)

原题：航天工业“中国心”——访运载火箭发动机专家朱森元院士

按照上述两个模块原则，新研制的两种发动机和芯级与现有的火箭发动机和芯级进行组合，其载荷可以涵盖10吨以下、10吨、20吨、30吨和40吨，实现了运载能力的跨度****。

“而根据未来空间站的需要，未来大型运载火箭的标准型载荷为25吨，并且可以扩展至40吨，完全超过了欧洲的‘阿里亚娜’Ⅴ和美国的‘德尔塔’Ⅳ，使我国在大运载能力火箭研制方面走在世界前列”。

由于现有的三个发射场都地处内陆，高纬度对火箭的推力消耗很大，所以在海南省建立新的航天发射场，能够满足未来我国探月以及空间探测的发射需要。

从1961年学成回国并开始参加科研工作一直到今天，他整整在航天工业运载火箭领域默默工作了45年，这几乎与我国航天工业历史相当。从最初参与研制液体火箭发动机，到后来领导研制液氧火箭发动机，到论证和参与今天大推力运载火箭发动机的研制，他的科研生涯可以说就是中国运载火箭的发展史。从刚过而立之年的血气方刚，到今天年逾古稀以至白发苍苍，他见证了中国运载火箭技术从弱到强，乃至成长为世界一流航天大国的全过程。流逝的是岁月，永存的是对祖国科研事业的无限忠诚，他就是朱森元院士，一个为中国航天工业助推加力的人。

“运载火箭技术是航天工业的基础”

朱森元院士1936年10月生于江苏溧阳县，1949年考入国立南京大学工学院航空系学习。1952年三年级时被派去苏联留学，1957年在莫斯科汽车机械工程学院毕业后转为莫斯科包曼高等工程学院（现国立莫斯科科技大学）研究生，1960年获副博士学位。采访过程中，朱森元院士一再强调“运载火箭技术是一个国家航天工业的基础，如果运载火箭无法实现自主研发和制造，那么航天工业便无从谈起”。20世纪60年代初，我国的运载火箭发动机开始从仿制走向自行设计，所以面临许多亟待解决的理论和工程问题，因此1961年5月朱森元刚从苏联学成回国便被委以重任，开始了液体火箭发动机的研制攻关工作。“众所周知，运载火箭大多由弹道导弹发展而来的，我们国家也不例外。在弹道导弹方面，当时国家制定了明确的三步走发展战略，即研制一代，预研一代，规划一代”，明晰的发展战略，也是我国航天工业不断前进的重要因素。“在当时的情况下，我们没有任何外来的技术支援，所有的弹道导弹和运载火箭都是我们自力更生搞出来的”，说到这些，朱森元院士满脸的自豪。而在那种艰苦的条件下，科研方面能够不断地出成果，并且培养了大批的人才，在他看来，就是当时“非常重视基础性研究，各方面的基础研究工作做好了，等到型号任务一来，马上就可以迅速展开。因为在型号研究过程中，往往会出现一些共性的问题，这些共性的问题就形成了一个规模性的课题，针对该课题进行攻关，其成功对以后同类研究工作就具有指导意义。”

在参与两弹结合运载火箭主发动机研制的过程中，有一个问题一直困扰着当时的科研人员，那就是当时火箭发动机所用燃料的燃烧温度很高，很容易烧蚀发动机燃烧室壁或烧损发动机喷口。而经过调查发现，当时几个型号的研制过程中都曾出现过这个问题，因此如何冷却推力室成了一个必须马上解决的共性问题。在这种情况下，朱森元按照上级指示，组织并领导了“沸腾冷却的极限临界热流研究”和“沸腾冷却的超临界热流研究”两个课题组。经过近三年的研究和试验，朱森元和他的团队成功完成了超临界换热的设计原则和临界热流计算方法的研究，此后这些设计原则和计算方法都成功地应用于液体火箭发动机的再生冷却方案设计中。朱森元院士在接受采访还多次强调，“在科研工作中，一定要有自己的观点，要勇于尝试，更不能迷信国外的技术”。说到这里，朱森元院士还讲到了一件趣事，1984年他到法国参观“阿里亚娜”火箭制造时发现，为了解决火箭发动机喷口烧损问题，法国人竟“别出心裁”地为发动机喷口设计了水冷系统，一个环形的喷水系统套在发动机喷口根部，不停地向其喷水以达到冷却的作用。由此可见，当时欧洲还没有解决推力室冷却问题，而我们的一些研究，已经走在了世界的前列。

我国在1964年开始新型号方案论证时，发现美国“大力神”Ⅱ导弹使用的推进剂为四氧化二氮和混肼-50（偏二甲肼和无水肼各50％），但混肼-50使用起来很不方便，它必须在接到命令前临时混合才能使用，但是它的性能还可以。当时国内就对新型号要不要采用混肼-50展开了激烈的争论。朱森元和他的同伴们在试验中发现偏二甲肼的性能并不亚于混肼-50，并且在超过临界压力时，偏二甲肼的性能更稳定，最后建议偏二甲肼可以作燃料，不一定要搞混肼-50，混肼-50含有无水肼，在管道清洗中无水肼只要遇到非常微量的铁元素，就会催化、分解、爆炸。因此用混肼-50这种燃料，操作人员的安全都很难得到保证。根据自己的研究结果，我们最终确定选用偏二甲肼，“长征”系列火箭的推进剂就是这样研究出来的。“基础性的东西一旦研制成功，为型号的开路创造了条件，也可少走弯路”。

“我们的新型大推力运载火箭，总体技术水平和性能都要优于欧美同类产品”

航天工业作为一个国家综合国力的重要体现，一直都是欧美、日本等国家技术发展的重点领域，特别是近10年来，这些国家将太空领域看成了综合国力新的增长源，把夺取空间优势作为航天领域的首要任务，以确保其航天大国地位。在这种战略的指导下，这些国家纷纷加大了对运载火箭技术的投资，加快研制新型大推力运载火箭，预计在今后的5年里，世界上将有一批大推力运载火箭投入市场，这些都将对我国运载火箭的国际地位形成严峻挑战。

同世界****国家相比，我国的运载火箭技术还存在着诸多不足，包括火箭型号偏多，型谱重叠，火箭发射准备周期长，以及缺少大运载能力等，这些问题不解决，必将严重影响我国未来的航天发展战略。而要从根本上解决这些问题，****的方法就是发展新型大推力运载火箭。

1987年，朱森元开始从事863计划中的航天高技术发展战略研究工作，负责大型运载火箭的论证、发展和研究。在担任火箭发动机和大型运载火箭专家组组长期间，朱森元提出了我国新一代运载火箭的发展战略，他提出“我国新一代运载火箭，必须是低成本、高可靠、无污染、模块化研制、积木式发展的”建议，并结合国内的各种条件，对此进行了方案计算和分析。当时国家对新型运载火箭有一个要求：新一代大运载火箭低轨道的运载能力要达到20吨载荷。朱森元通过组织专家讨论，制定出一个原则：今后的新一代火箭“要花最少的研制经费获得运载能力跨度****”，这就是模块化、积木式发展所要实现的目标。朱森元提出的建议得到了国家有关部门的高度重视，在经过论证和完善后，最终称为我国新一代运载火箭发展的基本原则。

“根据模块化的研制、积木式发展的原则，如何确定火箭的模块是一个很麻烦的问题”，2001年我国新一代大推力运载火箭研制计划正式立项，而朱森元院士和他的同事们要解决的问题就是“火箭的模块如何定，用什么原则定”。 最后通过对各种方案进行筛选，专家组确定了两条原则，“一是以火箭发动机推力来确定模块，这包括两个模块，一个是助推模块，推力为120吨力（正负20吨），采用液氧煤油发动机；一个是箭身模块，推力为50～70吨力（地面推力50吨，太空推力70吨，正负20吨），采用液氢液氧发动机”，而另一个原则就是“以火箭箭身直径为模块，包括2.25米、3.35米和5米箭身模块”。“之所以采用上述两个模块原则，就是为了少花钱多办事，并且可以****限度地利用现有的技术”。因为按照上述的模块原则，在现有产品的技术上，我们只需要研制120吨液氧煤油火箭发动机，50吨液氢液氧发动机即可，而箭身方面，只需要研制5米直径的芯级即可，其他的都是现成的。然后按照不同的发射任务需要，各种模块可以象积木一样进行组合，“总的组合方案超过1000种，可以满足我国所有的航天发射任务”。

按照上述两个模块原则，新研制的两种发动机和芯级与现有的火箭发动机和芯级进行组合，其载荷可以涵盖10吨以下、10吨、20吨、30吨和40吨，实现了运载能力的跨度****。

“而根据未来空间站的需要，未来大型运载火箭的标准型载荷为25吨，并且可以扩展至40吨，完全超过了欧洲的‘阿里亚娜’Ⅴ和美国的‘德尔塔’Ⅳ，使我国在大运载能力火箭研制方面走在世界前列”。自2001年立项以来，两种大推力火箭发动机的研制工作进展的非常顺利，现在两种火箭发动机试验样机已完成了各种点火试验，包括500秒燃烧试验等，“预计在2007年底到2008年，新的大推力火箭发动机就可以交付使用”。未来大推力运载火箭不但可以用于空间试验室和探月工程，还可以积极参与国际商业发射竞争，新一代大运载火箭标准型用来发射同步定点卫星，由于其运载能力强，可以实现一箭多星发射。