朱森元:赤子丹心 铸就液体动力之“魂”

来源:航天新闻网     日期:2025年05月22日    字体:【】【】【
来源:航天新闻网     日期:2025年05月22日

2025年5月18日的八宝山殡仪馆兰厅,白菊如雪。朱森元院士的遗体告别仪式上,人们走到覆盖党旗的灵柩前鞠躬、献花。人群中有年轻的面庞,也有白发苍苍的老者,他们是朱森元的同事、朋友和后辈,这是一场中国航天人的集体送别。

5月14日,中国共产党优秀党员、中国科学院院士、我国航天液体火箭技术专家、中国航天科技集团有限公司科技委顾问朱森元因病逝世。巨星陨落,享年95岁。

在长达半个多世纪的航天征程中,朱森元把毕生心血奉献给祖国的火箭发动机事业,从青年报国到耄耋不倦,以实际行动践行着老一辈科学家“国家需要到哪里,就奋斗到哪里”的初心和担当。

烽火淬炼报国魂

1930年10月,朱森元出生于江苏溧阳一个普通农家。童年时代的他亲历了山河破碎的苦难:1937年,侵华日军制造南京大屠杀,他的家乡溧阳也于1938年沦陷。逃难路上,幼小的朱森元目睹敌机肆虐。“爷爷说,我们这枪炮不行,行的话我们就可以和他们打。”朱森元在93岁接受采访时曾回忆,这句话给他印象很深,“要搞好枪炮,这个我从小就知道了。”

1949年,新中国成立,朱森元考入南京大学航空系。他积极响应号召,进入军事干部学校,参与空军教师队伍培养,从此将个人命运与国家航天事业紧密相连。1953年,他赴苏联留学,后转入鲍曼高等技术学校攻读研究生,获技术科学副博士学位。之后,他谢绝苏方挽留,披上军装,归国投身国防部第五研究院,开启航天动力研究之路。


1955年,朱森元在留学期间与同学讨论问题。

彼时,在钱学森等人的领导下,我国航天事业刚刚起步,火箭研制正逐步走上自主创新之路。面对尖端的火箭发动机技术,朱森元也曾感到忐忑:凭自己懂得不多的航空和汽车发动机知识,能搞火箭发动机吗?

“数一数吧,在我们这支新军中,有几个是搞过火箭的?”时任国防部五院领导的钱学森向新来的同志讲述自己的亲身经历,打消了朱森元的疑虑。在导弹专家任新民的建议下,朱森元先从液体火箭发动机的理论计算入手开展研究,为日后的攻坚找准了方向。后来,凭借扎实的力学基础,他迅速参与到发动机性能计算和前沿课题研究中。第一次攻坚战,他就拿下了“超临界传热计算方法”和“沸腾换热临界热流计算”两个重大课题,为液体火箭发动机冷却传热提供了可靠的理论依据。

这一系列独创的方法后来被直接应用到他主持的氢氧发动机研发中,至今仍广泛沿用,其中针对燃烧室冷却的关键计算方法在国外也没有更通用的替代方案。

攻坚“氢氧”千重障

20世纪70年代初,出于发展静止轨道卫星和新一代大推力运载火箭的需要,中国决定自主开展液氢液氧高能火箭发动机的预研。彼时,我国在超低温推进技术领域几乎是一片空白:没有现成试验台架,缺乏耐零下253摄氏度液氢的材料,更无成功经验可循,一切从零起步。

40岁的朱森元临危受命,被指定负责组建氢氧火箭发动机研究室,挑起开创性重担。当时,大部分人才力量内迁秦岭深山,只留少数骨干驻守北京,一时间人手和设备奇缺。面对困难,朱森元另辟蹊径,提出采用“边设计、边试验、边生产”的模式开展预研。他主动带领22名从三线调回的技术人员来到对口车间,组建起科研人员与工人师傅联合攻关的团队。

彼时,有人泼冷水:“就凭朱森元他们这‘七八个病号、三五条枪’,能搞出世界先进水平?怕是竹篮打水一场空。”也有人急于求成,“中国人民有志气,我们不搞则已,要搞就搞个100吨的。”对此,朱森元始终保持清醒冷静。经过反复计算权衡,他和团队把首台氢氧发动机的推力目标定为4~5吨,以确保稳妥起步。

万事开头难。摆在眼前的第一道坎是严苛的低温材料问题。几乎所有以往发动机用的非金属材料在液氢环境下都无法使用。材料关不破,试验就无法继续。

朱森元当机立断,在极端简陋的条件下展开了一轮又一轮材料筛选试验:把各种样品浸泡在装有液氢的杜瓦瓶中冷冻,再取出用卡尺测量尺寸变化,徒手摔打、铁锤敲击,查看韧性和强度。这套土办法既原始又危险——任何一丝火花都可能引发氢爆炸,但当时他们别无他法,只能冒险摸索。朱森元和团队在兄弟单位支援下,仅用一年多时间就成功攻克了液氢环境下阀门密封材料等难题。材料瓶颈突破后,更大的挑战接踵而至。没有低温涡轮泵试验台,朱森元就带领团队把小型水泵改造成低温测试装置;缺少高空模拟设备,他们便独创“热等效喷管”方案验证燃烧室性能。这种因陋就简的智慧节省了大量时间和经费,使氢氧发动机研制初期进展神速。1974年,首台液氢泵半系统试车成功,不仅验证了核心部件协调性,更催生出世界首创的“憋压起动”技术,解决了火箭二次点火难题。有人评价这项突破犹如“猴子进化成人”,标志着中国正式叩开低温推进技术大门。

在朱森元看来,条件,不只是经济实力和钱的问题;压力,也不只来自困难;成功的关键是领导和专家的魄力,敢于设想、大胆支持,走自己的路。

创新难免伴生阻力,突破必然经历质疑。1974年5月,针对来自科技人员的《关于建设我国卫星通信的建议》的信件,周恩来总理批示“做出规划,督促进行”。同年8月,领导和专家在北京友谊宾馆具体论证通信卫星运载工具的方案。朱森元作为代表出席会议,他带着经过半系统试车的发动机实物,汇报氢氧发动机预研进展,阐释这种新型发动机的优越性能和光明前景。

起初,不少与会者认为氢氧发动机尚属“雏形”,不具备立刻上马的条件,他们更倾向于采用成熟的常规推进方案,朱森元据理力争。

在总设计师任新民的坚定支持下,会议最终拍板:通信卫星运载火箭“氢氧和常规两个方案并举,一年以后再定”。“还要看你们一年。”散会时,任新民对朱森元说。

朱森元没有辜负期望。半年之后,1975年1月,我国第一台预研型氢氧火箭发动机(代号 YF-70)在北京郊外试车台上完成了满时长全系统点火试验,获得圆满成功,从此氢氧火箭发动机进入了实用研制阶段。

1975年3月,毛泽东主席批准将通信卫星工程(代号“331”工程)确定为国家重点项目,氢氧发动机在工程方案中占据了一席之地。

箭指深空修正果

“三十功名尘与土,八千里路云和月。”昔日岳飞的诗句,映照出朱森元团队13年的艰辛征途。从1975年到1984年,他率队经历了氢氧发动机从原理样机到工程应用的几多风雨。1980年涡轮泵轴承故障、1982年低频振荡、1983年高频爆燃……每次危机都考验着团队的承压能力和智慧。朱森元带领团队制定“防火防漏十大措施”,研发新型耐蚀材料,最终在1983年8月完成氢氧发动机全系统可靠性验证。

1984年1月29日,当长征三号运载火箭矗立在发射塔架时,朱森元和团队距梦想实现仅剩最后一跃。火箭的三级氢氧发动机凝聚着团队的心血,承担着把卫星送入地球同步转移轨道的重任。


1987年,朱森元在西昌卫星发射中心。

当日20时24分,长征三号火箭首次点火升空。一级正常、二级正常、三级一次点火正常……接下来就是决定成败的三级发动机二次点火。朱森元盯着遥测屏幕上压力曲线的跳动,几乎屏住呼吸。然而,二次点火后第3秒,氢氧发动机二次启动失败了。刹那间,大厅内传来一片低沉的叹息声。

失败的阴影笼罩着团队,航天人在痛定思痛后寻找转机。很快,朱森元就和总师任新民、副总师王之任一起,连夜组织专家排查故障。

经过彻夜分析计算,他们针对暴露的新问题各自提出改进措施。朱森元更是马不停蹄绘制出全部修改图纸并准备好相关数据。前方发射场和后方科研单位密切协同,仅用70天就将第二发火箭准备就绪,再次奔赴发射场。

1984年4月8日清晨,长征三号火箭迎来了期盼已久的再战时刻。伴随震耳欲聋的轰鸣声,火箭再度扶摇直上。这一次,三级氢氧发动机的两次点火都精确无误,托举着东方红二号试验通信卫星成功进入地球同步轨道。

指控大厅沸腾了,人们激动地相拥而泣。这一刻,朱森元的梦想终于实现:中国成为继美、法两国之后第三个掌握低温火箭发动机技术的国家。

回顾研制氢氧发动机那段峥嵘岁月,朱森元感慨万千。他曾总结出一条朴素却饱含真知的心得:“多年来我有一个深刻的体会:当你遇到困难的时候,千万不能退却,这是取得成功最有希望的时刻。”

矢志航天薪火传

氢氧发动机研制成功后,朱森元并未止步,而是以更高远的眼光思考起我国航天动力的未来。

20世纪80年代,朱森元作为航天领域专家代表,被国务院聘请参与国家高技术研究发展计划(863计划)的战略论证,负责液体火箭发动机及大型运载火箭的论证、发展和研究。其间,朱森元提出了中国新一代运载火箭的发展必须遵循“低成本、高可靠、无污染”的原则,采用“模块化研制、积木式发展”的技术路线。


2006年,朱森元院士(右二)与任新民院士(右一)、龙乐豪院士(右三)等在发动机试车现场。

2001年,我国新一代大推力运载火箭研制计划正式立项,朱森元和同事们通过对各种方案进行筛选,确立了模块化设计两大原则:一是按发动机类型划分模块,由液氧煤油发动机的助推模块负责大推力,液氢液氧发动机的箭身模块提供高比冲;二是按箭体直径划分2.25米、3.35米和5米三级模块。该方案兼顾经济性与技术延续性,仅需新研120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氢液氧发动机,配套5米直径芯级,其余模块沿用现有技术。这种“少花钱多办事”的创新模式,为后续我国新一代运载火箭和新型火箭动力的研制发展奠定了重要基础。

除了在宏观规划上掌舵领航,朱森元还继续深度参与具体型号的关键技术攻关。20世纪90年代中后期,他作为资深顾问,坚守在航天动力科研生产的一线。1996年,长征三号甲系列运载火箭经历“两连败”。为彻查原因,66岁的朱森元作为专家顾问,夜以继日和技术团队一起调阅数据、推演复盘,最终把原因锁定为高空低压环境下的物理现象。

晚年的朱森元腿脚不便,眼睛看不清了,耳朵也听不见了,但他对航天事业的关切丝毫未减。除了钻研他仍感兴趣的学术课题外,他还坚持担任北京航空航天大学、国防科技大学等高校的兼职博士生导师,指导培养研究生,以“传帮带”延续航天动力人才的薪火。“现在的年轻人做得很好,在专业上我很放心。”他说道。


1988年6月,朱森元主持研究生论文答辩会。

长征五号运载火箭总指挥王珏是朱森元的学生。“我是1986年读的朱先生的研究生,跟着朱先生从事氢氧发动机系统动力学方面的研究,能够师从于先生,是我一生的幸运。”在王珏的记忆中,朱森元学识深厚、温文尔雅,说话慢条斯理,但思维逻辑极其严谨,十分注重“对待问题首先要理清概念、弄清机理,不能浮于表面,要看到问题本质”,有时他甚至亲自推导公式,阐明观点。

从事重型火箭相关工作的郑孟伟是朱森元的关门弟子。两人成为师徒时,朱森元已年逾古稀,双眼视力只剩0.3左右,可让郑孟伟记忆犹新的是,朱森元坚持自己动手批改每一份论文,仍喜欢把学生们叫到家里一起讨论前沿技术问题。“涉及的一些动力系统的公式,都记在他脑子里,他随手都可以写下来,让我们非常佩服。”郑孟伟回忆。

“我们最后一次见面是在2024年的春节,我去医院看望他,当时他的眼睛已经看不清了,体力衰退得厉害,但是依然紧紧拉着我的手,仔细询问近期有关发展动态,对一些技术问题问得很细。”王珏回忆,“看得出来,他始终在全身心关注国家航天事业的发展,对我的到访期待已久。”那一幕让王珏鼻子一酸,这位老科学家对一份事业简单纯粹的爱,让他毕生难忘。

朱森元院士的一生,支撑他走过漫长科研之路的,是对党和国家的无限忠诚、对航天事业的无悔热爱和对科学真理的不懈追求。他身上所体现的爱国情怀、创新精神、严谨作风,正是一代又一代中国科技工作者优秀品质的缩影。如今,这位把自己的一切都献给国家航天事业的老人离开了我们,但他的名字,将与长征系列运载火箭一同载入史册。

本文参考《朱森元院士传记》及本报资料。

来源/中国航天报微信公众号,原标题《朱森元:赤子丹心 铸就液体动力之“魂”》

文/记者 王小月

图/中国航天报资料图、航天科技集团六院供图

编辑/王欣婷