11月3日,我國首枚大型運載火箭長征五號在中國文昌航天發射場點火升空。4日,中科院上海有機化學研究所收到中國航天六院11所賀信,賀信中說:“貴單位研製的點火劑為長征五號運載火箭發動機(液氧煤油高壓補燃發動機)的順利研製奠定了堅實基礎。”
據上海有機所研究員楊軍介紹,液氧煤油點火劑是航天用液氧/煤油高壓補燃發動機用關鍵材料之一,而此次長征五號發射採用了4台液氧煤油與1台液氫液氧發動機組合作為一級發動機。由於長征五、六、七號運載火箭均應用了新型綠色環保的液氧/煤油的雙組元推進劑,替換了此前所用的有毒的“一甲基肼/四氧化二氮”推進劑,在提高發動機動力的同時也帶來了推進劑不能自燃點火的問題。研製以三乙基硼為主的點火劑的課題由此提出,因為三乙基硼與液氧相遇可以迅速自燃,所形成的火焰及高溫可進一步帶動發動機主要燃料煤油與氧化劑-液氧的混合燃燒,使4台液氧煤油發動機穩定工作。
上世紀60年代上海有機所就開始研究有機硼化學,從而積累了有機硼化學研究的堅實基礎。1995年,上海有機所以國家使命為己任,承接了火箭發動機點火劑研製任務。在鄧敏智研究員的帶領下,研究團隊克服國外技術封鎖造成的困難,首先設計了一套專用的反應器與一套專用的純化裝置,完成了新型點火劑的百克級製備、灌裝與貯運技術,提前實現了點火劑的供貨。
此後,在張高益、呂誠炎、鄭玉梅、杜恆、楊軍、嚴政軍、王琳、劉煜等科研人員配合下,經過200餘次的反應與生產工藝條件優化試驗,先後突破了百克級、公斤級、十公斤級和百公斤級點火劑的安全合成、純化、制配與灌裝的關鍵技術,最終獲得了合成收率高、工藝較安全、純度高的點火劑技術及產品。著名液體火箭發動機專家張貴田院士在項目驗收會上評價說:“液氧煤油發動機的順利研製,上海有機所功不可沒。”
以三乙基硼為主的點火劑是一種危險化學品,其遇氧燃燒、遇水易爆,在研製與生產過程中安全隱患很大。研製過程中,點火劑的“跑、冒、滴、漏”都會使整體裝置處在危險的火苗、火焰之中,而反應體系“倒吸”則有可能引發爆炸。在特種防爆實驗室中,科研人員利用簡陋的實驗條件,通過嫻熟的實驗技能不斷地優化反應條件,發現並逐個消除試驗過程中的隱患,一步一步把反應的工藝條件優化至成熟。儘管如此,試驗中仍常有小的意外發生,有一次,一位新職工在合成點火劑時,反應瓶中點火劑因蒸汽壓過高而沖開密封管,試驗裝置上方當即形成一個大火球。鄧敏智研究員來不及拿出防火毯,也來不及帶上手套,用兩隻手握住泄漏的密封管。火苗被壓下了,實驗裝置保住了,但鄧敏智研究員的右手被嚴重燒傷。
目前,楊軍研究員與課題組同事還在繼續研究更大推力的新型火箭發動機的點火劑及相應點火技術,為研製更高性能火箭發動機提供新技術與新材料。(