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7月29日,记者从中国航天科技集团获悉,我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机点火试验获得成功,将为我国空间站建设和深空探测提供更大动力。大推力发动机将在哪些领域获应用?有哪些重要意义?

标志我国成为第二个掌握液氧煤油发动机核心技术国家

7月29日,记者从中国航天科技集团获悉,我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机在该集团第六研究院点火试验获得成功,这将为我国2014年实现长征5号火箭首飞以及进行后续载人航天和月球探测工程等打下坚实基础。

“两个月前,国家国防科工局刚刚完成了对该型号发动机的项目验收,标志着我国成为继俄罗斯之后第二个完全掌握液氧煤油高压补燃循环液体火箭发动机核心技术的国家。”中国航天科技集团总经理马兴瑞告诉记者。

据介绍,这台储存了3年、此前已经历过两次极限工况热试车考验的发动机,在又一次的挑战极限考验中表现完美。这也表明中国航天动力正在经历新旧更迭,将大大加快我国由航天大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说,自2000年国家正式立项进入工程研制至今的12年间,液氧煤油发动机已先后进行了百余次试车。从研制高压补燃循环发动机开始到现在,已突破80余项关键和核心技术,先后研制出3种基本型发动机,以及5种适应不同火箭总体飞行状态的发动机。

发动机推力提高六成,火箭运载能力是常规3倍

从某种程度上说,探索太空的能力,取决于航天发动机的推力。我国现役长征系列运载火箭,有过推举神舟九号与天宫一号圆满完成载人交会对接任务的辉煌,但其推力已经不能满足未来航天技术发展的需求,研制新一代液体火箭发动机显得格外迫切。

据了解,现阶段我国使用的发动机单台推力是70吨左右,火箭的运载能力在9吨上下。120吨级液氧煤油发动机采用了目前世界上最先进的高压补燃循环系统,可谓世界航天动力领域的“珠峰”。其推力比我国现有长征系列运载火箭发动机提高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、循环方式与常规发动机不同,在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上,也比现有发动机高出数倍,在推力吨位、性能方面有大幅度提高。

与常规发动机相比,液氧煤油发动机还具备诸多的优点:一是推力大;二是没有污染,液氧和煤油都是环保燃料,而且易于存贮和运输;三是经济,比常规发动机推进剂便宜60%;四是可靠性高;五是可重复使用。

攻克起动和关机等多道难关,成功实现整机600秒长程试验

大推力火箭发动机作为世界航天动力领域的技术高点,研制过程并非一帆风顺。“在整机研制初期,失败与挫折是家常便饭。”中国工程院院士、航天科技集团六院科技委主任张贵田说。

据了解,液氧煤油发动机各方面性能都有大幅度提高,这就意味着发动机及各部件要在比现有发动机更恶劣的条件下工作。这不仅加大了发动机的设计难度,而且对加工、试验设备以及材料、工艺等提出了更高的要求。

如同飞机起飞和降落是最难控制的时段一样,液体火箭发动机的起动和关机是最复杂最难设计的动态过程,尤其是起动过程,在零点几秒内,发动机的转动件要从不转动加速到每秒几万转的高转速;燃烧组件要从环境温度达到三四千摄氏度的高温,起动过程的每个指令都必须精确到百分之几秒,甚至千分之几秒。任何一个环节设计不好,都可能导致发动机故障甚至爆炸。

液氧煤油发动机刚开始进行的几次整机试车都失败了,外界也出现了质疑声。经过紧张激烈的艰苦攻关,设计人员终于摸清了试车失败的根源,设计了最理想的起动方案和起动程序。

六院党委书记黄亮说,科研人员正是凭着锲而不舍的精神,连续闯过了涡轮泵联动试验、半系统试验、整机试验三大难关,成功实现整机600秒长程试验。

在国外航天专家眼里,建设一座数百吨推力规模的发动机试车台,从主体奠基到正式试验投产,至少要用三年时间,而六院人仅用了一年半。经过考台试车和正式试车的验证,这座亚洲第一试车台的总体设计、技术、设备等指标均达到了国内外先进水平。

大推力火箭将于2014年首飞,为我国深空探测提供更坚实动力

据专家介绍,目前所有飞行状态发动机均已完成考核任务,开始交付火箭总体进行相关试验。

谭永华透露,装备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以及深空探测提供坚实的动力支撑。届时,中国人的飞天之路将会变得更加顺畅,中国航天员将会越飞越高,在太空的工作和生活也会变得更加舒适和美好。

与此同时,新一代大推力火箭发动机的研制,直接带动了相关产业的发展。谭永华介绍,在六院新一代大推力液氧煤油发动机研制中,为了解决高低温、高压、强氧化、高转速、大功率等问题,六院与相关单位一起研制开发了近50种新材料,包括高强度耐氧化的不锈钢、高温合金、纳米涂层、镀层、橡胶等等。

在新工艺方面,通过技术攻关突破了30多项关键工艺,其中多项技术达到国内甚至国际领先水平,并拥有自主知识产权。同时,这些新技术在民用领域也会有很大的应用前景。(

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