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中國裝備新一代大推力發(fā)動機的火箭2014年首飛
關(guān)鍵詞： 大推力 液氧煤油 首飛 長征5號 月球探測工程 交會對接 發(fā)動機故障 深空探測 新工藝 張貴田
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核心提示
7月29日，記者從中國航天科技集團獲悉，我國新一代大推力120噸液氧煤油火箭發(fā)動機點火試驗獲得成功，將為我國空間站建設(shè)和深空探測提供更大動力。大推力發(fā)動機將在哪些領(lǐng)域獲應(yīng)用？有哪些重要意義？
標(biāo)志我國成為第二個掌握液氧煤油發(fā)動機核心技術(shù)國家
7月29日，記者從中國航天科技集團獲悉，我國新一代大推力120噸液氧煤油火箭發(fā)動機在該集團第六研究院點火試驗獲得成功，這將為我國2014年實現(xiàn)長征5號火箭首飛以及進行后續(xù)載人航天和月球探測工程等打下堅實基礎(chǔ)。
“兩個月前，國家國防科工局剛剛完成了對該型號發(fā)動機的項目驗收，標(biāo)志著我國成為繼俄羅斯之后第二個完全掌握液氧煤油高壓補燃循環(huán)液體火箭發(fā)動機核心技術(shù)的國家。”中國航天科技集團總經(jīng)理馬興瑞告訴記者。
據(jù)介紹，這臺儲存了3年、此前已經(jīng)歷過兩次極限工況熱試車考驗的發(fā)動機，在又一次的挑戰(zhàn)極限考驗中表現(xiàn)完美。這也表明中國航天動力正在經(jīng)歷新舊更迭，將大大加快我國由航天大國向航天強國邁進的步伐。
火箭發(fā)動機專家、航天科技集團六院院長譚永華說，自2000年國家正式立項進入工程研制至今的12年間，液氧煤油發(fā)動機已先后進行了百余次試車。從研制高壓補燃循環(huán)發(fā)動機開始到現(xiàn)在，已突破80余項關(guān)鍵和核心技術(shù)，先后研制出3種基本型發(fā)動機，以及5種適應(yīng)不同火箭總體飛行狀態(tài)的發(fā)動機。
發(fā)動機推力提高六成，火箭運載能力是常規(guī)3倍
從某種程度上說，探索太空的能力，取決于航天發(fā)動機的推力。我國現(xiàn)役長征系列運載火箭，有過推舉神舟九號與天宮一號圓滿完成載人交會對接任務(wù)的輝煌，但其推力已經(jīng)不能滿足未來航天技術(shù)發(fā)展的需求，研制新一代液體火箭發(fā)動機顯得格外迫切。
據(jù)了解，現(xiàn)階段我國使用的發(fā)動機單臺推力是70噸左右，火箭的運載能力在9噸上下。120噸級液氧煤油發(fā)動機采用了目前世界上最先進的高壓補燃循環(huán)系統(tǒng)，可謂世界航天動力領(lǐng)域的“珠峰”。其推力比我國現(xiàn)有長征系列運載火箭發(fā)動機提高60%以上，火箭運載能力是原來的3倍左右；不僅采用的推進劑、循環(huán)方式與常規(guī)發(fā)動機不同，在最高壓力、渦輪功率、推進劑流量等設(shè)計參數(shù)上，也比現(xiàn)有發(fā)動機高出數(shù)倍，在推力噸位、性能方面有大幅度提高。
與常規(guī)發(fā)動機相比，液氧煤油發(fā)動機還具備諸多的優(yōu)點：一是推力大；二是沒有污染，液氧和煤油都是環(huán)保燃料，而且易于存貯和運輸；三是經(jīng)濟，比常規(guī)發(fā)動機推進劑便宜60%；四是可靠性高；五是可重復(fù)使用。
攻克起動和關(guān)機等多道難關(guān)，成功實現(xiàn)整機600秒長程試驗
大推力火箭發(fā)動機作為世界航天動力領(lǐng)域的技術(shù)高點，研制過程并非一帆風(fēng)順。“在整機研制初期，失敗與挫折是家常便飯。”中國工程院院士、航天科技集團六院科技委主任張貴田說。
據(jù)了解，液氧煤油發(fā)動機各方面性能都有大幅度提高，這就意味著發(fā)動機及各部件要在比現(xiàn)有發(fā)動機更惡劣的條件下工作。這不僅加大了發(fā)動機的設(shè)計難度，而且對加工、試驗設(shè)備以及材料、工藝等提出了更高的要求。
如同飛機起飛和降落是最難控制的時段一樣，液體火箭發(fā)動機的起動和關(guān)機是最復(fù)雜最難設(shè)計的動態(tài)過程，尤其是起動過程，在零點幾秒內(nèi)，發(fā)動機的轉(zhuǎn)動件要從不轉(zhuǎn)動加速到每秒幾萬轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速；燃燒組件要從環(huán)境溫度達到三四千攝氏度的高溫，起動過程的每個指令都必須精確到百分之幾秒，甚至千分之幾秒。任何一個環(huán)節(jié)設(shè)計不好，都可能導(dǎo)致發(fā)動機故障甚至爆炸。
液氧煤油發(fā)動機剛開始進行的幾次整機試車都失敗了，外界也出現(xiàn)了質(zhì)疑聲。經(jīng)過緊張激烈的艱苦攻關(guān)，設(shè)計人員終于摸清了試車失敗的根源，設(shè)計了最理想的起動方案和起動程序。
六院黨委書記黃亮說，科研人員正是憑著鍥而不舍的精神，連續(xù)闖過了渦輪泵聯(lián)動試驗、半系統(tǒng)試驗、整機試驗三大難關(guān)，成功實現(xiàn)整機600秒長程試驗。
在國外航天專家眼里，建設(shè)一座數(shù)百噸推力規(guī)模的發(fā)動機試車臺，從主體奠基到正式試驗投產(chǎn)，至少要用三年時間，而六院人僅用了一年半。經(jīng)過考臺試車和正式試車的驗證，這座亞洲第一試車臺的總體設(shè)計、技術(shù)、設(shè)備等指標(biāo)均達到了國內(nèi)外先進水平。
大推力火箭將于2014年首飛，為我國深空探測提供更堅實動力
據(jù)專家介紹，目前所有飛行狀態(tài)發(fā)動機均已完成考核任務(wù)，開始交付火箭總體進行相關(guān)試驗。
譚永華透露，裝備液氧煤油發(fā)動機的火箭將于2014年首飛，將為我國下一步空間站建設(shè)以及深空探測提供堅實的動力支撐。屆時，中國人的飛天之路將會變得更加順暢，中國航天員將會越飛越高，在太空的工作和生活也會變得更加舒適和美好。
與此同時，新一代大推力火箭發(fā)動機的研制，直接帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。譚永華介紹，在六院新一代大推力液氧煤油發(fā)動機研制中，為了解決高低溫、高壓、強氧化、高轉(zhuǎn)速、大功率等問題，六院與相關(guān)單位一起研制開發(fā)了近50種新材料，包括高強度耐氧化的不銹鋼、高溫合金、納米涂層、鍍層、橡膠等等。
在新工藝方面，通過技術(shù)攻關(guān)突破了30多項關(guān)鍵工藝，其中多項技術(shù)達到國內(nèi)甚至國際領(lǐng)先水平，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。同時，這些新技術(shù)在民用領(lǐng)域也會有很大的應(yīng)用前景。