沖上雲霄

  什麼是大飛機?
  看過了這些為國產大飛機奮鬥的故事,你是否也有這種感受:大飛機遠不只是停在機場、飛在高空的龐然大物。
  中國航空學會名譽副理事長、中國科協航空科學傳播首席專家張聚恩告訴《環球人物》記者,所謂「大飛機」並無嚴格定義。如果按其本義,「大飛機」是大型飛機的簡稱,特定情況下又指某個大型飛機的專項工程。
  但採訪過後,《環球人物》記者又強烈感受到,大飛機仍不僅限於此,還承載著更多含義。
  複雜的系統工程
  發展大型民用飛機,承載了幾代國人的夢想。從1970年中國立項研製運-10開始,到2007年國務院常務會議批准大型飛機研製重大科技專項正式立項,中央曾先後做過4次關於發展大型民用飛機的重大決策。如今C919即將正式交付,中國的民用大飛機之路已經走了50多年。
  「作為國之重器,國產大飛機這條路為何走得分外艱辛?」聽到《環球人物》記者的提問,張聚恩說,這首先可以歸結為大飛機設計和製造的難度。「飛機從小到大,設計和製造的難度漸次提升。」從某種程度上來說,大型飛機的大尺寸、大載重與安全性、經濟性是相悖的,但大型客機恰恰對後者要求極高,「這帶來的是設計、製造、試驗等幾乎所有技術方面的獨有難度,其困難程度遠超其他種類的飛機。」
  張聚恩介紹說,有五個方面的難度是尤為突出的。第一是高升力氣動設計難度。「通過良好的氣動設計獲得盡可能高的氣動效率,是所有航空器的永恆主題。」張聚恩說,根據尺寸效應,整體尺寸放大兩倍時,表面積就增大4倍,體積與重量將增加8倍。「所以大飛機尺寸越大,這個問題就越突出。」
  第二是結構構型與減重難度。「大型飛機因其大尺寸結構,帶來動態大載荷、大變形和強振動,需要應用多領域複雜技術,確保在長壽命週期和極端使用環境下,結構不發生不可接受的變形與破壞。」此外,大型飛機要為減輕每一克結構重量而努力,這需要的是減少零組件數,簡化配裝連接關係,並確定適合的用料和好的工藝方案。「大飛機的每一個零件,都可以用精雕細琢來形容,每一個細節都不能出問題。你可以說它是工業產品,也可以看成是藝術品,美極了。」
  第三是大尺寸極端製造。大飛機製造難度之所以這麼大,是因為有數百萬級的零件數,這對每一個零件的精度和一致性有著苛刻的要求。張聚恩介紹,在工業生產中,同等精度的要求下,越大尺寸的零組件,對工藝裝備的要求越高,「這必須在設計、成本、精度、效率等多因素間取得最佳的平衡,堪稱機械類工業產品的大尺寸極端製造」。
  第四是大推力發動機。「飛機由小到大發展,很大程度上是由發動機的進步驅動的。」這個難點在於,除了提高自身推力,當今大飛機發動機還承擔著提高燃油效率以改善經濟性,降低污染物與抑制雜訊以保護環境的雙重艱難任務,「這一點對民用機尤為迫切,甚至已經形成強制性要求」。
  第五是高難度試驗試飛。由於大飛機超複雜的結構和高難度設計,從最初研究性試驗到最終疲勞性試驗結束,一般要歷時十餘年。而大飛機的試飛任務更加艱巨,在飛行載荷試驗中,試飛員要在升空飛行的數小時內,採用極限操作,反復拉起和低頭,對機身機翼構成急劇超載,以驗證各種使用範圍的飛機性能;還要模擬使用時的各種載荷分佈、重量重心變化,以驗證飛行穩定性。
  這五個方面的難度,與大飛機的商業屬性息息相關。
  「民用大型客機是一個產品,有著少則一二十年、多則四五十年的生命週期。在這個漫長的生命週期中,它不能出現問題,並且要實現批量化生產。」張聚恩說,民用機研製中有一條特點和規律:「在發展民用機時,需要對其市場予以特殊理解,對其用戶予以特別關注。具體來說,就是開發者站在用戶的角度,把充分滿足市場需求,同用戶一起贏得商業成功,作為民用機制造業的發展目標與歸宿。」
  C919氣動彈性專業技術方案論證專家、北京航空航太大學教授楊超對《環球人物》記者說,民用機要面臨更為激烈的市場競爭,「你比別人差,就是賣得少,甚至賣不出去」。在論證和設計之初,專家們對C919的定位就是要比空客和波音的競品性能更好,更省油。
  但面對後起之秀的競爭,空客和波音不會坐等。張聚恩介紹,當C919在2009年確定方案,向世界發佈時,最初的優勢就是其採用超臨界機翼和精心設計的氣動佈局,並首創性地選用先進發動機,所以C919獲得了比空客A320和波音B737燃油效率降低13%的優勢,這無疑對航空公司產生了很大吸引力。後來,空客和波音也在發動機和氣動佈局上下功夫,在提高燃油效率上強勁發力,幾乎抹平了劣勢。
  不過從另一個方面看,這恰恰說明國產大飛機邁出了堅實的第一步。張聚恩說:「這就是市場競爭、強者邏輯。但我們沒有別的路可以走,只有堅持。我們不僅不沮喪,反而應當從中收穫技術自信、能力自信、道路自信!」
  國家意志·民族夢想·人民期盼
  今年9月30日,習近平總書記會見C919大型客機專案團隊代表並參觀專案成果展覽時,充分肯定C919大型客機研製任務取得的階段性成就。他強調,讓中國大飛機翱翔藍天,承載著國家意志、民族夢想、人民期盼。
  早在1969年,周恩來總理就提出在轟-6飛機的基礎上研製我國的噴氣客機。1970年7月,毛澤東主席在上海視察時指出:上海的工業基礎這麼好,可以搞飛機嘛。很快,相關部門便開始緊鑼密鼓地籌備起來,在當年8月,經周恩來總理批准,並經國家計委、軍委國防工業領導小組聯合批復,原則同意上海市試製生產運輸機的報告。後來,這一任務以時間定名為「708工程」,飛機代號運-10。
  ARJ21支線飛機首任總設計師吳興世當年也加入了運-10研製團隊。他曾回憶,在中央的統一部署下,全國相關單位先後調集了600多名工程技術人員加入到運-10的設計工作中。
  雖然上海工業基礎好,但當年的科研條件是很艱苦的。作為運-10總設計師,馬鳳山在飛機研製過程中起到重要作用。1970年初,第一批研製團隊成員來到上海時,白天上班只能到食堂,因為只有那裏有長條飯桌,他們能寫報告畫圖紙。其他人過來吃飯了,他們就只好暫時停工。生活條件也很艱苦,團隊成員住在廢棄的衛生學校裏,馬鳳山帶著不到10歲的兒子馬淩一起生活,而他的夫人和女兒留在遙遠的陝西閻良。
  讓團隊成員印象深刻的是,為了爭分奪秒,馬鳳山幾乎每天熬夜,房間的燈總是關得最晚。後來,馬淩回憶起那段童年時光時說,父親每天都是晚上七八點才回家,同事們白天找不到他,只能晚上找他。「他們討論了什麼『總體佈局』『操縱系統』『發房』『吊掛』『襟翼』『主起』『垂尾』等等,我都不懂,聽多了也就記住了這些名詞。」每天,馬淩總是聽著聽著就睡著了,很少知道父親幾點睡覺,而他第二天醒來時,父親又早已離家上班去了。
  馬鳳山還給同事們留下了一個極為深刻的印象:實事求是。在制定運-10飛機總體方案的過程中,馬鳳山根據使用方的需要,提出了更高的使用要求,原來提出的轟-6改方案已經無法滿足。馬鳳山帶領相關技術人員開展調研,大膽提出了新的方案,並且積極爭取、反復論證,終於在空軍曹裏懷副司令的支持下,確定了運-10飛機採用尖峰翼型等新的方案。
  獲得2020年度國家最高科學技術獎的飛機空氣動力專家顧誦芬,是與馬鳳山並肩戰鬥過的科研戰友。在他的印象裏,馬鳳山是極為嚴謹的,無論採取什麼辦法,都要確保工程萬無一失。當年,為了搞飛機的高速風洞試驗,馬鳳山克服了重重困難,專程從上海帶隊到瀋陽,果然發現並成功解決了飛機的佈局設計問題。
  經過團隊不懈努力,設計圖紙在1975年就全部完成了。1980年9月26日,經過10年的努力,運-10終於在上海大場機場首飛成功。這是中國獨立自主研發、擁有完全自主知識產權的第一架大型遠程噴氣式客機。首飛成功後,英國路透社發表評論:「在得到這種高度的技術後,再也不能視中國為一個落後的國家了。」波音公司一位副總裁參觀運-10飛機後說:「對於如何研製大型噴氣式運輸機,你們已經畢業了,我們只不過比你們早畢業而已。」美國道格拉斯飛機公司一位副總裁看過飛機後說:「你們的航空工業一下子趕上來了15年。」
  首飛之後,運-10曾經飛到北京、哈爾濱、廣州等九大城市,並7次飛到青藏高原,為西藏自治區運送急需物資。遺憾的是,由於種種原因,運-10在1985年2月停飛了。後來,中國航空工業實施了與美國麥道公司的合作,共向國內外客戶交付了37架飛機。但該專案因1997年波音公司兼併麥道公司、撤銷飛機生產線而被迫終止。此時,時間已經來到了2000年。
  變局,也孕育著希望。顧誦芬也是張聚恩的老領導,張聚恩回憶:「2001年2月,中國科學院召開以『21世紀中國航空科學技術發展戰略』為主題的第159次香山科學會議。作為會議成果的一部分,顧總與王大珩、師昌緒等院士向國家提出《抓緊時機振興我國航空工業》的建議,建議國家將航空工業置於國家戰略產業的高度,像抓『兩彈一星』一樣,將航空工業抓上去。」
  2003年,國家中長期科技發展規劃工作啟動,這一年也成為大飛機論證的起始年。經過顧誦芬等論證組專家的不懈努力,國務院在2007年原則批准大型飛機研製重大科技專項立項。
  在此後的10多年裏,國產大飛機像一個孕育中的孩子,每一項重大進展都牽動著億萬國人的心。2009年1月,中國商飛正式發佈首個單通道常規佈局大型客機機型代號「COMAC919」,簡稱「C919」。經過科研團隊的持續努力,2015年3月,C919通過了國家級詳細設計評審,同年11月,首架機總裝下線。2017年5月5日,C919成功首飛。今年9月,C919取得中國民航局型號合格證,並將於今年底完成交付工作。
  縱觀中國民用大飛機篳路藍縷的發展歷程,不難發現:國家強盛對保證大飛機向前發展,起著至關重要的作用。2014年5月,習近平總書記來到中國商飛設計研發中心,走進綜合試驗大廳,登上自主研製的C919大型客機展示樣機,坐在駕駛艙主駕駛的座位上,瞭解速度表、高度表、航跡圖等有關儀器儀錶情況。穿過飛機客艙時,他兩次在座位上坐下來感受感受。大廳內,人們聞訊趕來。總書記說,我們要做一個強國,就一定要把裝備製造業搞上去,把大飛機搞上去,起帶動作用、標誌性作用。中國是最大的飛機市場,過去有人說造不如買、買不如租,這個邏輯要倒過來,要花更多資金來研發、製造自己的大飛機。
  「永不放棄」
  在上海大場機場運-10原型機的前方,佇立著一座騰飛造型雕像,雕像下刻著四個醒目的大字「永不放棄」。楊超對《環球人物》記者說,當他到上海大場參加C919論證,每次看到這架運-10原型機,都會感慨萬千。
  「首先感受到的,是一種沉甸甸的歷史重任。我們這代航空人,包括我作為老師培養的下一代航空人,都有責任接過這份歷史重任。」與此同時,楊超和所有參與論證的專家,也都感受到一種自信:當年,在那麼艱苦的年代,老一輩科研工作者都能夠造出國產大飛機,我們也一定可以!
  「航空製造業以外的人很難體會我們的痛苦和忍耐,儘管如此,製造中國自己的大飛機的信念一直在。」C919常務副總設計師陳迎春曾經說過這樣一句話。「他所說的『很難體會的痛苦和忍耐』,究竟是什麼呢?」《環球人物》記者的提問引起了楊超的強烈共鳴:「上個世紀八九十年代,我的很多同學都選擇了出國、下海、經商。我1996年博士畢業留校,有人嘲笑說『沒出息』。有段時間環境的確是這樣的。」
  回憶起過往,楊超感慨萬千:「很多航空人都坐過『冷板凳』,但是在此期間,又不能真的坐在那裏,要不斷搞點小發明,或者關注國內外理論,研究別人的東西。這樣做,是為了保持良好的技術狀態。」保持這種狀態的原因,就是為了確保當國家一聲令下時,能隨時隨地全力以赴地沖上去。楊超說,大多數堅持至今的航空人,都是經歷了時間的洗禮和世俗的考驗,在千錘百煉後詮釋了熱愛與忠誠的含義。
  「那您就從來沒有動搖過嗎?特別是技術攻關遇到困難的時候。」對於《環球人物》記者的提問,楊超非常堅定地說:「從來沒有!關鍵技術攻關在科研中是必然要碰到的,可能有的人碰到的多一點,有的人碰到的少一點,但這就是科研的真諦!」無論是他還是他的學生,都從來不會抱僥倖心理,「有時候越是碰到需要攻關的課題,我們越是眼前一亮,因為很多創新理論都是在攻關中誕生的,這是出成績的大好機會!」
  長期以來,中國航空人培養了一種愛國的自覺意識。「無論走到中國航空的哪個單位,幾乎都能看到『航空報國』的標語,因為我們所有人都知道,儘管我們中的大多數人都沒有走到臺前接受鮮花和掌聲,但中國航空和中國航太一樣,都是強國的重要支柱。」在這種默默無聞的奉獻中,所有參與過國產大飛機專案的科研人員都有一種獨特的氣質,楊超說:「中國航空有一句話,航空報國、四個長期、永不放棄。四個長期就是長期奮鬥、長期攻關、長期吃苦、長期奉獻。我想,這也很好地概括了我們這些中國航空人。」
  「那有沒有一個瞬間,讓您感覺到:為了祖國,一切值得?」聽到這個問題,楊超不假思索地回憶起這樣一件往事。
  那是2008年11月,楊超和數百名專家在上海大場,緊鑼密鼓地進行著C919的論證工作。「當天我們都知道,ARJ21將在旁邊的機場首飛。」所有人依然在忘我地工作著,似乎忘了ARJ21首飛這件事。但是,當飛機從頭頂掠過的聲音響起來時,所有工作人員本能似地立刻沖出房間,一同望著頭頂翱翔的大飛機。楊超記得,當時他激動得淚流滿面,「我也清楚地看到,身邊所有的同事,全都落淚了。」
  那一刻,運-10在地面,ARJ21在空中,C919在心裏。國產大飛機未來的希望,如今就在大場的那座豐碑上鐫刻著:永不放棄!
  (楊學義/文)