張貴田,中國工程院院士,液體火箭發(fā)動機專家,我國液體火箭發(fā)動機技術的主要開拓者和技術帶頭人之一。40年來,一直從事液體火箭發(fā)動機的研究、設計工作。在國內率先提出用液相分區(qū)方法解決發(fā)動機不穩(wěn)定燃燒的難題;主持研制成功的高空發(fā)動機、雙向搖擺二次啟動常規(guī)高空發(fā)動機、雙組元微型發(fā)動機均填補了國內空白。曾作為主要完成人之一的長征四號A運載火箭獲國家科技進步特等獎1項?,F(xiàn)正從事我國新一代高性能、低成本、無毒、無污染、大推力液體火箭發(fā)動機的研制工作,已取得重大技術突破。國際宇航科學院通訊院院士。
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- 中文名
- 張貴田
- 國 籍
- 中華人民共和國
- 出生地
- 河北省藁城縣
- 出生日期
- 1931.12.20
- 畢業(yè)院校
- 原蘇聯(lián)莫斯科航空學院
張貴田人物生平
編輯張貴田,1931年12月20日出生于河北省藁城縣(今河北省藁城市)一個寒微的農(nóng)家。父母終生勞碌,特別是他母親身體較弱,仍然勤儉持家,去世前已經(jīng)病得站不起來了,還要勉強用手扒著灶臺為孩子們做飯。少年時代的貧困生活,特別是母親善良、勤勞、堅忍的品格,使他早早體驗到生活的艱辛,對他形成遇事樂觀、不怕吃苦的個性起了潛移默化的作用。
由于戰(zhàn)爭和家貧,他童年沒有接受過正規(guī)的教育。在參加共產(chǎn)黨地下組織的二哥的引導下,1947年3月,他在河北省深澤縣郵政局參加了革命工作,任交通員、交通班長,并被批準加入中國共產(chǎn)黨。1949年元月,他隨中國人民解放軍進入天津市,在市郵政局軍郵臺任收發(fā)員。他積極參加了夜校學習,為進一步深造打下了堅實的基礎。1950年9月,他被選派到天津市工農(nóng)速成中學學習,1953年9月考入北京外國語學院留蘇預備部學習。
1955年9月,張貴田等一批莘莘學子被送到蘇聯(lián)莫斯科航空學院學習液體火箭發(fā)動機專業(yè)知識。在蘇留學期間,他把時間盡可能用到學習中,苦心鉆研,孜孜以求。1960年臨近畢業(yè)時他和同學一起回北京實習。由于當時中蘇關系已漸露裂痕,大多數(shù)同學實習后不再返回蘇聯(lián),為了盡快、盡可能多地掌握航天技術,黨組織又從回國的部分留學生中遴選出五人繼續(xù)返蘇學習。他再次重返莫斯科,深感自己責任重大,學習更加刻苦,天天看資料、學理論,不分白天黑夜,常常廢寢忘食,甚至到了經(jīng)常失眠的地步。他師從蘇聯(lián)著名液體火箭發(fā)動機專家,不僅學到了系統(tǒng)的專業(yè)知識,而且掌握了科學的研究方法,為以后的科研奠定了堅實基礎。
1961年3月,他學成歸國,此后就把全部精力投入到我國航天事業(yè)中。他被分配到國防部五院火箭發(fā)動機設計部工作,先后擔任設計員、工程組副組長、工程組組長、設計室主任、主任設計師。
1970年4月24日,張貴田在參加我國第一顆衛(wèi)星發(fā)射任務后,根據(jù)中央三線建設的戰(zhàn)略部署,他和同事們積極響應黨和國家的號召,離開了北京,在數(shù)千里之外的秦嶺腹地,繼續(xù)投身于航天科研工作。他在山溝里一呆就是20多年,歷任七機部11所主任設計師、副所長、所長、戰(zhàn)略導彈副總設計師。1984年5月,任航天部067基地主任兼總工程師、1988年任長征二號捆綁式運載火箭發(fā)動機總指揮。1993年至今,先后任航天部067基地科技委主任、中國航天工業(yè)總公司科技委常委、副主任、中國航天科技集團公司科技委副主任、中國宇航學會常務理事、中國宇航學會液體火箭推進專業(yè)委員會主任委員、國防科工委專家咨詢委員會委員、國家科學技術獎國防科技工業(yè)航天專業(yè)評審組組長、國家科學技術獎評委等職務。
張貴田先后擔任了多種戰(zhàn)略導彈和“長征”系列運載火箭發(fā)動機的技術負責人或行政總指揮。他在主持067基地工作期間,負責研制交付的發(fā)動機參加了26顆國內外衛(wèi)星的發(fā)射,發(fā)動機保持了100%的成功率,創(chuàng)造了中外航天史上的奇跡,多次獲航天部通令嘉獎。
在緊張的工作之余,他十分重視加強對年青科技專業(yè)人才的培養(yǎng)。先后在國防科學技術大學、北京航空航天大學、西北工業(yè)大學、航天11所等著名高等學府和科研院所擔任兼職教授。
由于張貴田在我國液體火箭發(fā)動機技術作出了系統(tǒng)性、創(chuàng)造性的重大貢獻,多次受到國家獎勵和表彰。共獲部級以上科技成果獎11項,其中獲國家科技進步特等獎1項;全國科學大會獎3項。1988年被國家人事部評為“有突出貢獻的中青年專家”,1991 年享受政府特殊津貼。1992年被全國總工會授予“五一”勞動獎章和“全國優(yōu)秀科技工作者”稱號,同年獲航空航天部航天獎。他還先后被陜西省政府授予“陜西省勞動模范”、“陜西省廉潔清政模范共產(chǎn)黨員”、“陜西省十佳職工之友”等榮譽稱號。1995年當選為中國工程院院士,同年當選為國際宇航科學院通訊院士。2000年被莫斯科航空學院授予榮譽博士。
張貴田技術成就
編輯1961年,歸國后的張貴田參加了我國第一臺自行設計的可貯存液體火箭發(fā)動機的研制工作?;鸺l(fā)動機被稱為運載火箭的“心臟”,是火箭研制中最關鍵、最困難的部件之一。60年代初,我國在液體火箭發(fā)動機研究領域尚處在初創(chuàng)階段,物質條件相當簡陋,技術基礎相當匱乏,國際上業(yè)已掌握相關技術的國家則嚴守機密,密不透風。在這種條件下,要突破作為航天尖端技術中的技術關鍵,張貴田和他的同事們面臨著一系列嚴峻的技術考驗,其中包括一個重大的難題——火箭發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定的問題。
發(fā)動機工作過程是箭體內的兩種推進劑由渦輪泵提壓后噴入燃燒室燃燒,產(chǎn)生高速燃氣流,使火箭脫離地球引力飛向太空。如果燃燒室噴注器設計不合理、參數(shù)選擇不當,進入燃燒室的兩種推進劑霧化、混合狀況不好,在飛行中燃燒室會產(chǎn)生不穩(wěn)定燃燒,燃燒室會嚴重燒蝕和產(chǎn)生劇烈的振動,使整個發(fā)動機系統(tǒng)遭到破壞。
在近兩年的時間里,這個問題始終困擾著張貴田和同事們,大家食不甘味,寢不安席。
“一定要把這個‘鬼’捉??!”他暗暗下定決心。先后進行了上百次試驗,判讀了成千上萬個試驗數(shù)據(jù),查找國內外大量資料,對任何一個疑點都不放過。經(jīng)過了反復計算和分析,對試驗程序進行了多次改動,對產(chǎn)品結構進行了一再改進,潛心推演,終于抓住了不穩(wěn)定燃燒的活動規(guī)律,進而發(fā)現(xiàn)是燃燒室的固有頻率正好與燃氣的壓力振蕩耦合導致了不穩(wěn)定燃燒,這正是困擾當時世界許多國家航天專家的高頻振蕩問題。
找到了問題的癥結,就可以對癥下藥了。經(jīng)過縝密而深入的研究,張貴田提出了設計的主導思想:首先對燃燒室進行分區(qū),以改變聲頻振蕩的固有頻率;同時改變推進劑的流量及混合比,合理分布燃燒釋放的能量。在這種思想的指導下,采用“液相分區(qū)法”這一有效措施來抑制不穩(wěn)定燃燒,獲得了成功。后來“液相分區(qū)法”和固體隔板相結合的方案被用于多種發(fā)動機的設計。經(jīng)過上百臺發(fā)動機的地面和飛行試驗,不穩(wěn)定燃燒的“鬼”再也沒有露面。在大量實踐的基礎上,他進而提出“液相分區(qū)機理對任何液體火箭發(fā)動機都是有效的,僅是由于推進劑及具體結構不同、具體措施不同”的觀點,在國內同行中得到廣泛認同并獲得應用。
張貴田攻克了不穩(wěn)定燃燒這一技術難題,為我國火箭發(fā)動機的研制開辟了道路。這一研究成果獲得1978年的“全國科學大會獎”。
1965年,國家下達了651工程任務,即發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星。這需要新研制運載火箭第二級液體發(fā)動機,張貴田擔任運載火箭發(fā)動機主任設計師,這是我國研制的第一臺高空發(fā)動機。這種發(fā)動機要求結構輕、性能高,其關鍵是火箭飛上高空后,如何在失重情況下點火啟動。
在研制這個發(fā)動機時,正值“文化大革命”時期,上級組織的信任和關心,為研制工作排除了大量干擾,確保研制工作得以順利進行。在研制工作中,他首次在國內采用了膨脹比為50∶1的高空大噴管,將渦輪廢氣引入燃燒室,碟形啟動活門等先進技術,使發(fā)動機布局緊湊、結構合理、重量輕、高性能、高可靠。在發(fā)動機高空點火、提高比沖、試車及參數(shù)測量等難關突破以后,1970年1月,新研制的運載火箭用這個發(fā)動機進行了飛行試驗。從外測、遙測數(shù)據(jù)分析二級發(fā)動機的高空點火、啟動、關機等都很正常。但他仍不放心:在實際飛行中,發(fā)動機在高空工作的情況到底怎么樣?
要解答這個問題,就必須到火箭殘骸落區(qū)去尋找試驗發(fā)動機的殘骸,以便更準確地驗證分析發(fā)動機的工作情況,做到眼見為實。當時已經(jīng)臨近春節(jié),他不顧家人對春節(jié)團聚的期盼,主動要求到遠在新疆塔克拉瑪干大沙漠的落區(qū)尋找發(fā)動機的殘骸。他和另外三名設計人員在茫茫大沙漠中餐風宿露,最后終于找到了發(fā)動機殘骸。經(jīng)過分析,證明飛行試驗中二級發(fā)動機工作狀況良好,設計合理,為發(fā)射衛(wèi)星用的發(fā)動機可靠性評估找到了依據(jù),他心里這塊石頭才落了地。
1970年4月24日,長征一號火箭成功地將我國第一顆人造地球衛(wèi)星送上太空,開始了我國航天事業(yè)的新紀元。長征一號火箭二級高空發(fā)動機研制一次成功,獲1978年全國科學大會獎。
1973年七機部唐山會議根據(jù)我國航天事業(yè)發(fā)展的需要,決定發(fā)射地球同步軌道通信衛(wèi)星。其技術重點,除衛(wèi)星之外,采用常規(guī)發(fā)動機的運載火箭還需要研制出高性能的、能二次啟動的三級火箭發(fā)動機。張貴田作為發(fā)動機主任設計師,開始了新一輪的技術攻關。
多次啟動的三級高空發(fā)動機研制面臨一系列新問題。發(fā)動機的比推力、結構重量等性能參數(shù),對火箭的有效載荷影響極大。由于發(fā)動機采用了新的程序,極大地增加了研制難度。為了提高性能,增加可靠性,減輕重量,特別是解決高空多次啟動等技術難題,他和同事們付出了異乎尋常的努力,設計人員為了要在1500千米以外的生產(chǎn)廠家解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題,他們克服了重重困難,最后這些難題全部得以解決,三級高空二次啟動(雙向搖擺)發(fā)動機達到了當時國際同類發(fā)動機的先進水平。并作為長征四號甲運載火箭的發(fā)動機,成功發(fā)射了太陽同步軌道氣象衛(wèi)星,并為風云一號氣象衛(wèi)星的連續(xù)發(fā)射成功作出了重要貢獻。
三級火箭發(fā)動機1978年獲全國科學大會獎。長征四號甲運載火箭于1991年榮獲了當年全國惟一的“國家科技進步特等獎”,他作為研制代表到人民大會堂參加了領獎大會。
張貴田作為型號副總設計師和發(fā)動機主任設計師,組織和主持了我國第二代液體洲際導彈發(fā)動機的研制。他在親自參與并制定一、二級發(fā)動機燃燒室方案時,大膽決策并首次采用了先進的聲腔技術,有效地抑制了發(fā)動機的不穩(wěn)定燃燒,提高了發(fā)動機的性能和可靠性。三級末修姿控發(fā)動機首次采用了雙組元推進劑,在研制過程中,他攻克了噴注器、燃燒室抗氧化高溫涂層等一系列技術關鍵,大幅度地提高了發(fā)動機的性能,開創(chuàng)了我國雙組元末修姿控發(fā)動機的新領域。雙組元末修姿控發(fā)動機首次創(chuàng)造性地應用于洲際導彈減少了非制導誤差,顯著地提高了命中精度,鞏固并提高了國防實力,填補了我國在該領域的空白,為我國航天多次啟動軌道級和姿控發(fā)動機研制打下了堅實的基礎。并將此項技術儲備成功地用于我國第二代固體戰(zhàn)略導彈的末修動力系統(tǒng)中,使我國末修姿控發(fā)動機技術上了一個新臺階。
張貴田作為我國大型運載火箭發(fā)動機技術的主要負責人之一,不僅立足現(xiàn)實,重視精益求精地吃透我國現(xiàn)有火箭發(fā)動機的技術關鍵,而且放眼長遠,非常重視我國未來運載火箭特別是發(fā)動機的預先研究。
早在1982年,他在擔任我國液體火箭發(fā)動機研究所所長時,就做出戰(zhàn)略性的安排,提高現(xiàn)有火箭發(fā)動機性能,進一步挖掘其技術潛力。1984年他擔任067基地主任后,在基地科研經(jīng)費十分困難的情況下,仍然重視預研工作,組織力量對發(fā)動機大噴管技術、推進劑利用系統(tǒng)等課題進行預先研究,并取得了多項研究成果。
1989年根據(jù)對外發(fā)射需要在18個月內研制出新型的大推力火箭,即后來的長征二號捆綁式運載火箭。而留給液體火箭發(fā)動機的研制周期僅15個月。當發(fā)動機設計任務書下達到067基地后,張貴田在充分組織論證的基礎上,利用預先研究成果,很快就拿出可行的技術方案。在他的精心組織下,研制工作進展順利,僅用14個月,就研制生產(chǎn)出可供飛行用的大小發(fā)動機25臺。
長征二號捆綁式運載火箭發(fā)動機的研制成功,使我國長征火箭的近地軌道運載能力從不足2.4噸提高到9.2噸,為我國火箭躋身國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場作出了重要貢獻。該發(fā)動機的適應性改進型用于長征2F火箭,為我國首次成功發(fā)射神舟號試驗飛船作出了重大貢獻。
進入20世紀90年代,世界各國在航天領域的競爭日趨激烈,有著多年從事對科研、生產(chǎn)、試驗統(tǒng)一管理經(jīng)驗的他,根據(jù)工作中的親身體會及對國際航天技術發(fā)展趨勢的深刻把握,積極跟蹤世界領域里的液體火箭推進技術先進水平,組織人員開展了對具有世界先進水平的液氧/煤油發(fā)動機的研制工作。早在1985年,他就積極向有關領導提出在我國應盡早開展液氧/煤油發(fā)動機研制的建議。
這種新型的發(fā)動機與我國現(xiàn)有的常規(guī)火箭發(fā)動機相比,有許多突出的優(yōu)點:一是使用我國資源極為豐富的煤油作為燃燒劑,經(jīng)濟適用,成本低;二是推進劑無毒、無污染,有助于保護環(huán)境;三是使用一系列的新材料、新工藝、新設備、新技術,能夠帶動我國相關領域的科技發(fā)展;四是性能高,可大大提高火箭的運載能力,可使我國液體火箭發(fā)動機技術上一個新臺階,為研制新型運載火箭所需要的動力技術打下堅實的基礎。但是,這種發(fā)動機的技術要求高、研制難度大,它采用的推進劑、循環(huán)方式、研制途徑與過去的發(fā)動機研制大不相同,我國既沒有這種發(fā)動機的研制經(jīng)驗,也缺乏現(xiàn)成的技術資料,研制難度不言而喻。
1987年,根據(jù)國家“863”高技術航天領域專家委員會的研究計劃,張貴田組織了對液氧/煤油發(fā)動機的可行性論證和預先研究,完成了對液氧甲烷、液氧丙烷、液氧煤油的傳熱試驗和點火試驗。
在研制中,他除了要解決設計方案選擇等關鍵技術外,還要解決研制中的試驗設施、加工設備、材料、工藝、試驗方面的技術關鍵。他始終注意發(fā)揚技術民主、集思廣益、充分重視和尊重同行專家、設計人員的意見,對重大設計方案、重大試驗方案的選擇和確定,他都親自參加。既主動聽取各方面的意見,又敢于堅持發(fā)表自己的觀點,敢于負責、敢于決策。他始終堅持把質量、安全、可靠性作為頭等大事來抓。對每一項設計改進,都堅持在充分論證的基礎上,把工作做透、做實,決不放過任何一個疑點和隱患。
在張貴田和同事們的共同努力下,液氧/煤油發(fā)動機研制工作進展順利。現(xiàn)已完成了渦輪泵關鍵技術、燃氣發(fā)生器關鍵技術、閥門關鍵技術等課題的研究。已攻克了該發(fā)動機的關鍵技術,用國產(chǎn)煤油成功地進行了熱試車。成功地進行了我國首臺液氧/煤油發(fā)動機發(fā)生器——渦輪泵聯(lián)動試驗,試驗結果與設計調整值一致,試驗系統(tǒng)工作協(xié)調,表明我國已成為繼前蘇聯(lián)之后第二個初步掌握在液氧/煤油發(fā)動機上采取補燃技術的國家。并于同年又進行了兩次液氧/煤油發(fā)動機發(fā)生器——渦輪泵聯(lián)動試驗,提前兩年完成了國家“863”計劃下達的研究課題,液氧/煤油發(fā)動機發(fā)生器——渦輪泵聯(lián)動試驗技術研究被評為國防科工委科技進步一等獎。
該新型發(fā)動機的研制及保障條件建設項目已被國家批準立項,正式轉入工程研制階段,已完成了液氧/煤油發(fā)動機的半系統(tǒng)試車,自行設計的整機試車均獲成功,研制工作進展順利。
新一代液氧/煤油發(fā)動機的研制成功,可形成運載能力大、發(fā)射費用低和高可靠、無毒無污染的我國新一代運載火箭系列,可使我國運載火箭技術和國際商業(yè)發(fā)射服務的競爭力提高到一個新的水平。
科學研究的發(fā)展歷程,就是人類從“必然王國”走向“自由王國”的歷程。其間成功和挫敗必然如影隨形。與成功相比,危難之處、挫敗之時更能顯示人的精神境界和人格力量。張貴田的科研生涯就是一個鮮活的例證。
1992年3月22日,中國發(fā)射“澳星”的長征二號捆綁火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心騰起一團團桔黃色的濃煙,但卻沒有升空。此時的火箭已經(jīng)成為一枚令人望而生畏、避之惟恐不及的定時炸彈,世界在一剎那呆住了。
當時作為發(fā)射副總指揮的張貴田和其他領導很快出現(xiàn)在毒氣彌漫的發(fā)射現(xiàn)場,查看故障。而這時攜帶幾百噸推進劑的發(fā)動機噴管還不斷地冒著燃氣,隨時都有爆炸的危險。事后有人問他,你想過那時有多危險嗎?他風趣地說:“想過,但那是在離開發(fā)射現(xiàn)場以后。”
把生命攸關的危險置之度外,異乎尋常的艱難自不待言。“澳星”首次發(fā)射失利后,一副異常沉重的擔子落在張貴田和067基地的肩頭——國家要他們在兩個月的時間里拿出8臺大型火箭發(fā)動機來。而按平常的進度,研制8臺發(fā)動機至少要半年時間,兩個月無異天方夜譚!但“燕趙自古多慷慨悲歌之士”,張貴田向航天部領導立下軍令狀:“完不成任務,我就去當楊繼業(yè)!”
兩個月后,8臺優(yōu)質火箭發(fā)動機按時交付。幾個月后,我國“長二捆”火箭在西昌呼嘯而起,準確地將“澳星”送達預定軌道。由于張貴田在科研工作中敢打硬仗,被當時航天部領導和同事們稱為工作中的“拼命三郎”。
“彈指一揮間”,中國航天事業(yè)已步入不惑之年,張貴田也由20 多歲的青年逾過花甲之年,不用揚鞭自奮蹄,為了實現(xiàn)他今生最大的心愿,為了中國航天事業(yè)的再次騰飛,他仍然在航天事業(yè)這塊沃土上,不知疲倦地奮斗著、拼搏著。
張貴田主要論著
編輯張貴田.中國液體火箭推進技術面臨的形勢和對策.見:中國航天發(fā)展戰(zhàn)略探討(一).北京:宇航出版社,1991
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- 參考資料
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- 1. 中國工程院 .中國工程院[引用日期2014-06-20]
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