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印度氢氧火箭发动机应用已超越中国


GSLV-D5的成功发射,标志着印度氢氧发动机应用能力已暂时超过中国。(资料图)

2014年1月5日,印度空间组织在安得拉邦航天中心成功发射GSLV-D5运载火箭,该火箭首次成功应用了印度国产氢氧火箭发动机,使印度成为世界第六个具备低温火箭发动机技术的国家。

印度GSLV-D5运载火箭在第三级使用了CE-20氢氧发动机,推力达到了20吨,已经超过了中国现役的氢氧发动机水平。印度氢氧发动机的研制过程十分艰苦,曾多次遭遇发射失败,这次成功可以说是印度火箭技术的一次巨大飞跃。

低温发动机火箭使用低温液体为推进剂,一般为液氢和液氧。这类火箭燃料质量最轻,比冲强劲、容易调节,而且较为环保,目前只有美国、俄罗斯、中国、法国和日本拥有该技术。但是,氢氧火箭发动机研制的技术难度较大,西方国家凭借技术优势,在这方面具有领先地位。美、俄、日、欧都有各自独立的大推力氢氧发动机型号,其最大推力都在100吨以上。而中国现役只有YF-73、YF-75两种小型氢氧发动机,最大推力只有5吨和8吨,均用于长征-3号火箭的第三级。

尽管中国氢氧发动机推力小,但多次发挥重要作用。以嫦娥三号探月工程为例,多窗口、窄宽度发射和高精度入轨的要求,只有可重复启动、单位比冲高的氢氧发动机才能完成。而且,发动机单位质量燃料产生的推力越大,也就意味着探测器可携带更多有效载荷。但另一方面,由于现役YF-75推力仍较小,也对中国太空探测能力造成了限制。

当前,中国现役火箭的主要发动机仍采用偏二甲肼-四氧化二氮燃料为主,这种燃料存在剧毒,发射时会造成严重污染,同时这一组合发动机推力难有大的提升。中国正在研制的长征-5号、6号、7号等新一代火箭,都将采用大推力的氢氧发动机。其中长征5号使用的YF-77发动机最大真空推力将达到50吨,但距离西方100吨级的技术水平仍有较大差距。

事实上,中国研制氢氧火箭发动机已有多年历史,最初的技术研究在1960年代就已开始。第一台氢氧发动机YF-70的研制于1970年开始启动,但1984年YF-73才首次成功应用于长征3号。由于基础工业落后和低温氢氧发动机的高难度,发展道路艰辛无比。YF-77于2001年开始立项,一度遭遇了国内外罕见的重大技术障碍,多次试车结果不理想,拖延了中国新一代火箭的整体研制进度。

尽管研制较晚,YF-77却是世界新一代运载火箭的氢氧发动机中推力最小的型号,不仅无法与美国“德尔塔IV”火箭RS-68发动机的344吨真空推力相比,也远低于欧洲“阿丽亚纳-5”的火神2发动机的137吨真空推力和日本H-2火箭的LE-7A的112吨真空推力。特别是后者,日本H-2火箭于1994年就成功发射,导致日本运载火箭的实力长期保持对中国的领先。

目前,中国非常重视氢氧发动机的研制,继YF-77之后,220吨推力的氢氧发动机研制也在2013年开始启动。近年来,北京西部郊区的天空曾多次出现神秘的巨大轰鸣声。这些氢氧发动机将成为新一代长征火箭的核心技术,决定中国未来继续进军太空的成败。


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