隨著長征六號(hào)運(yùn)載火箭一飛沖天，我國航天動(dòng)力不僅進(jìn)入了綠色無毒時(shí)代，同時(shí)也邁上了新高度。

    長征六號(hào)火箭的動(dòng)力系統(tǒng)，使用的是中國航天科技集團(tuán)六院研制的兩型液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭一級(jí)采用一臺(tái)120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭二級(jí)采用一臺(tái)18噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。

    我國現(xiàn)役火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的單臺(tái)推力在70噸左右。120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生，不僅使我國成為繼前蘇聯(lián)之后第二個(gè)掌握高壓補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的國家，而且一舉將我國火箭發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)推力提升了60％，將極大提升我國進(jìn)入空間的能力。

    除了長征六號(hào)，我國新一代運(yùn)載火箭家族中的長征五號(hào)、長征七號(hào)也將使用120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。“該發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功，將為我國載人航天工程、月球探測工程以及下一步深空探測工程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”六院院長譚永華表示。

    記者從六院了解到，該院還在進(jìn)行460噸等更大推力的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，未來將建立滿足我國航天事業(yè)發(fā)展需要的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)型譜。

    在此，讓我們探秘液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，看看航天新動(dòng)力到底強(qiáng)在哪。

廉價(jià)環(huán)保

    綠色環(huán)保是液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的一大特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了我國火箭動(dòng)力從常規(guī)至綠色無毒的巨大跨越。

    我國在新一代發(fā)動(dòng)機(jī)研究之初，就決定選擇無毒的液氧和烴類推進(jìn)劑?？蒲腥藛T通過比較煤油、甲烷和丙烷等幾種推進(jìn)劑，確定了代表技術(shù)發(fā)展趨勢的液氧煤油作為推進(jìn)劑。然而，火箭“喝”的煤油不同于一般的煤油，具有密度大、熱值高等特點(diǎn)，經(jīng)過努力，我國研制出了國產(chǎn)的火箭煤油。

    同時(shí)，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑具有來源廣泛、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，平均價(jià)格比現(xiàn)役火箭的推進(jìn)劑低一個(gè)數(shù)量級(jí)。以發(fā)射神舟飛船的長征二號(hào)F火箭為例，如果采用液氧煤油，每次發(fā)射可以節(jié)約推進(jìn)劑費(fèi)用上千萬元。

    集多項(xiàng)新技術(shù)于一身

    液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)突破了關(guān)鍵技術(shù)80余項(xiàng)，其中最突出有7項(xiàng)。

    液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)采用了先進(jìn)的補(bǔ)燃循環(huán)技術(shù)。這是一種閉式循環(huán)，可以使全部推進(jìn)劑的化學(xué)能得到充分釋放，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。所謂補(bǔ)燃循環(huán)，是燃?xì)饨?jīng)渦輪做功后進(jìn)入燃燒室進(jìn)行二次燃燒，從而更充分地利用推進(jìn)劑的能量。相對(duì)發(fā)生氣循環(huán)來說，補(bǔ)燃循環(huán)方式的綜合效率更高，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大。

    補(bǔ)燃發(fā)動(dòng)機(jī)首先要解決自身啟動(dòng)技術(shù)難題。我國以往的發(fā)動(dòng)機(jī)需要依靠專門的火藥啟動(dòng)器等裝置，而液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了自身啟動(dòng)，二者的差距如同將老式的手搖拖拉機(jī)改為了一擰鑰匙即能啟動(dòng)的汽車。

    為了提高運(yùn)載火箭的性能和適應(yīng)性，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)具有大范圍推力調(diào)節(jié)能力，如同自動(dòng)擋的汽車，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。對(duì)于載人航天來說，通過推力調(diào)節(jié)可以有效降低火箭飛行中的加速度，提高航天員的舒適度，降低對(duì)航天員的體能要求，使普通人也有望遨游太空。

    在空間很小的腔體內(nèi)完成推進(jìn)劑的高效燃燒，是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵。液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒腔體較小，而燃燒效率達(dá)到98%以上。

    渦輪泵是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源泉，被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟。液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的泵產(chǎn)生的最高壓強(qiáng)達(dá)到500個(gè)大氣壓，相當(dāng)于把上海的海水打到5000米的青藏高原。

    液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)具有多次工作的能力，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)出來后可以進(jìn)行試車考核，通過“磨合”試驗(yàn)后重新校準(zhǔn)、檢查，合格后再交付使用，使發(fā)動(dòng)機(jī)的精確度和可靠性得到保證。同時(shí)可以在此技術(shù)基礎(chǔ)上研制重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)，將使運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)天地往返的可重復(fù)飛行。

    為了保證液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，中國航天科技集團(tuán)公司六院建設(shè)了亞洲最大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)和大功率泵試驗(yàn)室，為我國研制載人登月重型運(yùn)載火箭的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

    用途廣泛

    液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)的模塊化組合，形成低軌道10至25噸、太陽同步軌道5至15噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道6至13噸的運(yùn)載能力。與國外最先進(jìn)的“阿里安5”“宇宙神5”“德爾塔4”以及正在研制的“安加拉”運(yùn)載火箭處于同一水平。

    同時(shí)，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)還能替換現(xiàn)役火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)役火箭的綠色環(huán)保，還能大幅提升火箭的運(yùn)載能力。以長征二號(hào)F火箭為例，其下面級(jí)采用的常規(guī)推進(jìn)劑8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)載能力約為9噸。如果換成120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，只需要6臺(tái)就能將運(yùn)載能力提升到13.5噸。

    此外，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制極大促進(jìn)了技術(shù)發(fā)展。其材料新、技術(shù)新，基于國內(nèi)過去的工業(yè)基礎(chǔ)，無法滿足其需求。通過該發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，我國突破并掌握了多項(xiàng)新工藝和新材料，研制開發(fā)了近50種新材料，突破了30多項(xiàng)關(guān)鍵工藝。