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长征5号火箭首飞标志我国成为第二个掌握液氧煤油发动机核心技术

张方满画

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7月29日,记者从中国航天科技集团公司获悉,我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机点火试验成功,将为我国空间站建设和深空探索。大推力发动机将应用于哪些领域?有什么意义?

标志着我国成为第二个掌握液氧煤油发动机核心技术的国家

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视频:新一代运载火箭发动机点火测试

7月29日,记者从中国航天科技集团公司获悉中国请俄指导大推力火箭制造,我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机在集团六院点火试验成功,将助力我国在2014年实现长征五号。火箭的首飞及随后的载人航天、探月工程奠定了坚实的基础。

“两个月前,国防科工局刚刚完成了该型发动机的项目验收,标志着我国成为继俄罗斯之后第二家全面掌握液体核心技术的企业氧气煤油高压补充燃烧循环液体火箭发动机。国家。中国航天科技集团公司总经理马兴瑞告诉记者。

据报道,这台已经存放3年,之前经历过两次极端热力测试的发动机,在另一次极端测试中表现完美。这也说明我国航天强国正在发生新旧交替,这将大大加快我国从航天强国向航天强国迈进的步伐。

火箭发动机专家、航天科技集团六院院长谭永华表示,自国家正式立项并于2000年进入项目研制的12年里,液氧煤油发动机已经过100多次测试。从高压补燃循环发动机研制到现在,突破了80多项关键核心技术,先后研制出3种基础型发动机和5种适应不同飞行状态整体飞行状态的发动机。火箭。

发动机推力提升60%,火箭运载能力是常规火箭的3倍

在一定程度上,探索太空的能力取决于太空发动机的推力。我国现役长征系列运载火箭曾有过圆满完成神舟九号与天宫一号载人交会对接任务的荣耀,但其推力已不能满足未来航天技术发展的需要,尤其迫切需要开发新一代液体火箭发动机。

据了解,现阶段我国使用的单台发动机推力约为70吨,火箭运载能力约为9吨。 120吨液氧煤油发动机采用世界最先进的高压补燃循环系统,可谓是世界航天动力领域的“珠穆朗玛峰”。其推力比我国现有的长征系列运载火箭发动机推力提升60%以上,火箭运载能力是原来的3倍左右;不仅采用的推进剂和循环方式不同于常规发动机,而且在最大压力、涡轮功率、推进剂流量等方面,设计参数也比现有发动机高出数倍,推力吨位和性能有很大的改进。

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与常规发动机相比,液氧和煤油发动机也有很多优点:一是推力大;二是无污染,液氧和煤油是环保燃料,易于储存和运输;第三,经济,比传统的发动机推进剂便宜60%;四是可靠性高;第五个是可重复使用的。

克服开机、关机等重重困难​​,成功实现整机600秒远程测试

作为世界航天动力领域的技术制高点,大推力火箭发动机的发展进程并不顺利。 “在整机研发初期,失败和挫折是家常便饭。”中国工程院院士、航天科技集团六院科技委员会主任张桂田说。

据了解,液氧煤油发动机的性能在各方面都有了很大的提升,这意味着该发动机及其部件必须在比现有发动机更恶劣的条件下工作。这不仅增加了发动机设计的难度中国请俄指导大推力火箭制造,而且对加工、测试设备、材料和工艺提出了更高的要求。

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正如飞机的起飞和降落是最难控制的时间段一样,液体火箭发动机的启停是最复杂、最难设计的动态过程,尤其是启动过程。在不旋转的情况下加速到每秒几万转的高速;如果燃烧部件需要从环境温度达到三四千摄氏度的高温,启动过程中的每一个指令都必须精确到百分之几秒,甚至千分之几秒。任何环节设计不当都可能导致发动机故障甚至爆炸。

液氧煤油发动机一开始多次测试失败,外界质疑。经过紧张艰苦的研究,设计人员终于找出了试驾失败的根本原因,设计了最理想的启动方案和启动程序。

六院党委书记黄亮表示,科研人员持之以恒,不断攻克涡轮泵联动试验、半系统试验和整机试验三个难点,成功实现了整机600秒远程测试。

在国外航天专家眼中,打造一个推力规模上百吨的发动机试验台,从主体的奠基到正式试验生产,至少需要三年时间,而第六研究所只用了一年半的时间。这个亚洲首个测试平台的整体设计、技术、装备等指标经过台架测试和正式试驾验证,均达到国内外先进水平。

大推力火箭2014年首飞,为我国深空探索提供更坚实的动力

据专家介绍,所有机载发动机已完成评估任务,火箭已交付整体测试。

谭永华透露,搭载液氧煤油发动机的火箭将于2014年首飞,将为我国下一步空间站建设和深空探测提供坚实的动力支持。届时,中国人民的天空之旅将更加顺畅,中国航天员将飞得越来越高,在太空的工作和生活将更加舒适美好。

同时,新一代大推力火箭发动机的发展直接带动了相关产业的发展。谭永华介绍,六所新一代大推力液氧煤油发动机研制中,为解决高低温、高压、强氧化、高速大功率等问题,六所与相关单位共同开发了近50种新材料。包括高强度抗氧化不锈钢、高温合金、纳米涂层、涂料、橡胶等。

在新技术方面,突破了30多项关键工艺技术攻关,其中多项达到国内乃至国际领先水平,拥有自主知识产权。同时,这些新技术在民用领域也将有很大的应用前景。