中國液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，再現(xiàn)“高光時(shí)刻”

4月25日，“神箭”長征二號F運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心托舉神舟十八號載人飛船點(diǎn)火升空，將載有3名航天員的飛船精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道，我國2024年度首次載人發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者了解到，中國航天科技集團(tuán)六院（以下簡稱：航天科技六院）在此次發(fā)射任務(wù)中，為長征二號F遙十八運(yùn)載火箭與神舟十八號載人飛船共研制交付了58臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)和姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，以及熱控分系統(tǒng)及生命保障系統(tǒng)泵閥等關(guān)鍵設(shè)備。從最早的“東方紅一號”上天，到今天“長征”火箭、“神舟”飛船，半個(gè)世紀(jì)以來，航天科技六院持續(xù)突破多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，為中國航天事業(yè)的發(fā)展提供著可靠支撐，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，也成為中國航天人探索太空的強(qiáng)大動(dòng)力。為新型火箭首飛奠定基礎(chǔ)每經(jīng)記者從航天科技六院獲悉，4月28日，其自主研制的130噸泵后擺液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)完成四機(jī)并聯(lián)點(diǎn)火試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)總推力超500噸，這是我國液體動(dòng)力發(fā)展史上推力最大、系統(tǒng)最為復(fù)雜的一次發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)，是首次大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)四機(jī)并聯(lián)點(diǎn)火試驗(yàn)，對四機(jī)并聯(lián)方案進(jìn)行了“全面體檢”，為今年新型火箭首飛奠定了堅(jiān)實(shí)的動(dòng)力基礎(chǔ)。泵后擺發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種將搖擺裝置后置的發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠有效減小發(fā)動(dòng)機(jī)工作占用空間、減輕發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)重量、降低火箭伺服搖擺力矩。六院研制團(tuán)隊(duì)突破了高溫高壓大流量富氧燃?xì)鈸u擺裝置等關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方案，解決了大功率旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)控制等難題。該發(fā)動(dòng)機(jī)與現(xiàn)役的120噸級液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，推力更大、性能更高、結(jié)構(gòu)更緊湊，在同等火箭直徑內(nèi)可布局更多的發(fā)動(dòng)機(jī)，有效提高火箭運(yùn)載能力。四機(jī)并聯(lián)，是把四臺(tái)技術(shù)成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)“組合”在一起工作，而不是簡單地“捆綁”在一起，這樣既可以為火箭提供更大的推力，又可以一定程度減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同工作給研制工作提出了許多新要求，帶來了許多新挑戰(zhàn)。每經(jīng)記者了解到，六院研制團(tuán)隊(duì)通過深入的機(jī)理分析和大量的數(shù)字仿真，攻破了起動(dòng)同步性、復(fù)雜力熱耦合環(huán)境，故障識(shí)別與處置、垂直裝配與整體交付、試驗(yàn)及測控等多項(xiàng)技術(shù)難題，確保了發(fā)動(dòng)機(jī)和四機(jī)并聯(lián)方案的穩(wěn)妥可靠。“四機(jī)并聯(lián)試車成功，驗(yàn)證了泵后擺發(fā)動(dòng)機(jī)多機(jī)工作的協(xié)調(diào)性和最大力熱環(huán)境下的工作可靠性，證明了發(fā)動(dòng)機(jī)完全具備了飛行應(yīng)用的條件。”航天科技六院主管副院長兼液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)總師李斌告訴每經(jīng)記者。據(jù)了解，此次試驗(yàn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)檢測處理，將交付飛行應(yīng)用。可重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)刷新紀(jì)錄無獨(dú)有偶，就在4月12日，由航天科技六院自主研制的130噸級可重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)在陜西完成兩次啟動(dòng)地面點(diǎn)火試驗(yàn)。據(jù)每經(jīng)記者了解，自由進(jìn)出空間是航天運(yùn)輸系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展的主要方向，發(fā)展可重復(fù)使用航天運(yùn)載器則是實(shí)現(xiàn)自由進(jìn)出空間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亟待實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。而液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為航天運(yùn)載器的主要?jiǎng)恿ρb置，也是航天運(yùn)載器最復(fù)雜的產(chǎn)品之一，其可重復(fù)使用成為實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)載器重復(fù)使用必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。也就是說，研制可重復(fù)使用火箭的前提是率先研制成功可重復(fù)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)。相比傳統(tǒng)一次性火箭，可重復(fù)使用火箭將增加四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是“落得準(zhǔn)”，二是“接得穩(wěn)”，三是“用不壞”，四是“修得快”。“這次點(diǎn)火就是“修得快”的一個(gè)驗(yàn)證。”航天科技集團(tuán)六院發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品總指揮高新輝向記者表示。“此次試飛的這款火箭是航天六院為中國可重復(fù)火箭量身定做的一款產(chǎn)品，這款發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)役的液氧油發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上通過反復(fù)的迭代改進(jìn)，在提高推力比重的同時(shí)顯著地降低了發(fā)動(dòng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)重量和對火箭空間的占用，同時(shí)開發(fā)出來兩次啟動(dòng)這個(gè)功能，正是因?yàn)橛羞@樣的改進(jìn)，使得這個(gè)可重復(fù)回收成為可能。”具體來看，上述試驗(yàn)該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)完成15次重復(fù)試驗(yàn)、30次點(diǎn)火起動(dòng)，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)長突破3900秒，重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)突破我國液體火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)次數(shù)紀(jì)錄，為后續(xù)我國可重復(fù)使用運(yùn)載火箭首飛奠定了基礎(chǔ)。“可重復(fù)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，它一個(gè)關(guān)鍵的特點(diǎn)就是要安全、可靠，能夠滿足相關(guān)的要求，試這么多次還是想摸清在不同點(diǎn)火次數(shù)下發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。”航天科技集團(tuán)六院165所一室主任周獻(xiàn)齊向記者表示。在高新輝看來，產(chǎn)品進(jìn)行極限摸底的主要目的是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，同時(shí)也是不斷挖掘它的潛能，為后續(xù)可重復(fù)火箭的經(jīng)濟(jì)性改善奠定基礎(chǔ)。“極限摸底沒有盡頭，在對發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行充分檢查后，根據(jù)檢查情況繼續(xù)進(jìn)行極限摸底。”為了能夠?qū)崿F(xiàn)可重復(fù)使用火箭的功能，發(fā)動(dòng)機(jī)的研制人員也分別從研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)試車等方面來作努力，推動(dòng)我國可重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)展。航天科技集團(tuán)六院西發(fā)公司高級工程師劉超鋒告訴記者，“我們以重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)、長時(shí)間、可靠性這些技術(shù)指標(biāo)要求為基礎(chǔ)，進(jìn)行了一系列的工藝技術(shù)攻關(guān)和研究項(xiàng)目，主要的研究項(xiàng)目應(yīng)該有近70項(xiàng)，大幅提升了我們發(fā)動(dòng)機(jī)工藝技術(shù)水平的先進(jìn)性、穩(wěn)定性，也保證了我們發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性。”