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航展名品 我院北京11所研究设计80吨级液氧甲烷发动机可应用为天地往返神器

时间:2024-05-18 来源:液氮
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  第十四届中国国际航空航天博览会将于11月8日在广东省珠海市举行,中国航天科技集团六院研制开发的28项航天液体动力技术创新成果精彩亮相,本届航展将是六院展示最新发展成果的重要舞台。

  本次参与布展的成果是六院近年来广受社会和国内外市场关注的明星产品,充分展示了该院在航天液体动力领域的最新科技成果,在宇航展展区展示4项成果,防务展区1项,冬奥展区3项,航天技术转化应用展区六院展示成果多达20项。

  同时,六院将航天液体动力核心技术大范围的应用于民用产业,针对当前国家节能环保和高端装备需求,研制开发了一系列具有国际国内领先水平的民用产品,帮助破解行业“卡脖子”技术瓶颈,让老百姓切身体会到航天科技服务美好生活。

  院官方微信特推出“航展名品”系列栏目,在航展开幕前刊发六院明星展品背后的故事。

  昨日,六院自主研制的我国推力最大的80吨级液氧甲烷发动机首台整机热试车取得圆满成功,喜讯登上新华社、人民网、央视新闻、环球网等多家顶流媒体。该发动机将为我国商业航天运载火箭提供主动力,同时为可重复使用运载器发展奠定重要技术基础。此款发动机实物即将在珠海航展精彩亮相。

  “飞上天空去浮着,看地球这弹丸在太空里滚着,从陆地看到海,从海再看回陆地”百年前,诗人徐志摩有过这样的畅想。而今,由于“它”的研制进展的不断推进,这样的设想已不再是梦。有了“它”,可以使运载器能够像飞机一样太空漫游后再飞回发射场,也可以使运载火箭能够垂直降落于试验场地,不断创造着天地往返的神迹,“它”就是液氧甲烷发动机。

  “十一五、十二五”期间,航天科技集团六院北京11所利用50吨级氢氧发动机的技术基础和研究平台,开展了重复使用60吨级液氧甲烷发动机技术探讨研究,完成单台发动机13次累计2103秒重复使用试验验证,液氧甲烷发动机重复使用关键技术取得全面突破。

  为满足更高性能要求,以环保、重复使用、低成本、提升性能、丰富功能为目标,北京11所开始全新研制一款液氧甲烷发动机,即80吨级液氧甲烷发动机。发动机性能和功能均有显著突破,地面推力80吨,具备3-4次点火起动能力,可实现自主状态监控与故障诊断,可作为天地往返运输系统、可重复使用运载器及低成本一次性运载火箭的动力装置,应用前景广阔。

  “有了强大的氢氧发动机,为什么还要全力发展甲烷发动机呢?”外界一直有着这样的疑问。

  “性价比高”,推力室设计部主任田原这样解释到。“甲烷燃烧没有积碳和结焦现象,使用维护极为方便。便于维护这一点很重要,飞行器飞回来以后,甲烷发动机不需要非常复杂的处理,能再一次使用,这就是甲烷发动机能用来可重复使用飞行器的最根本原因之一。”田原说。

  此外,由于液氧甲烷比冲介于液氢液氧与液氧煤油之间,使之具有较高的性价比。密度比液氢大,同等质量燃料需求体积降低,储箱体积比较小。甲烷来源广泛、供应充足、成本低廉。“如果每一次太空运输成本得不到有效控制,那想要长远发展就不容易了。”型号调度长张强说。

  液氧甲烷发动机综合了氢氧发动机和液氧煤油发动机的优点,有着非常强的竞争力,是未来航天动力的重要发展趋势之一。

  拥有如此多的优点,液氧甲烷发动机成为了国内外航天动力界的“香饽饽”。从上世纪80年代开始,包括中国、美国、俄罗斯等多个国家都在开展液氧甲烷发动机的研究工作。在国外,已经有“猛禽发动机”“BE-4发动机”、以及“普罗米修斯发动机”。国内一些商业航天公司也在马不停蹄地开展着甲烷发动机设计、试验等各项工作。

  “只有快,才能活。”面对国内外液氧甲烷发动机加快速度进行发展的大趋势,田原发出了这样的感慨。“我们一定要全力以赴,快马加鞭,将进度不断提前,把发动机尽快研制出来。”

  从2020年真正开始研制80吨级液氧甲烷发动机,试验队伍实现了发动机从零开始诞生的过程,经历了设计、评审、制造、组件试验等各个阶段。“我们已完成了发动机发生器与调节阀联合试验、缩比推力室试验等热试验200多次,累计1000余秒。”张强介绍,“我们研发团队都信心饱满,虽然加班是常态,但是大家都干劲十足,期待发动机尽快将飞行器送上天去。”

  提起发动机行政指挥孙浩,总装组的刘瞾俞十分钦佩。“他非常的果敢,这一特点,在我们发动机研制过程中至关重要。”

  不同于其他发动机以火箭型号为牵引进行研制,液氧甲烷发动机的研制是没有太多条条框框限制,也就是适用性强,不但可以使用在垂直起飞、水平着陆的亚轨道飞行器的一、二级发动机,也能够适用于垂直起降的重复使用运载火箭的一、二级发动机。

  越是没有要求,越是要求极高。因此,发动机设计过程中会出现很多分岔路口。技术路线怎么走,需要一个既具前瞻性,又够果敢的人来进行决策,正所谓生平多阅历,胸中有丘壑,孙浩,就是那个能够“拍板”的人。

  为提高甲烷发动机产品质量,加快生产研制进度,研发团队不断发挥主观能动性,去推动并指导发动机的生产制造。在孙浩的带领下,研发团队每天召开工作例会,由系统牵头,各组件参加,对近期工作进展和技术问题进行详细梳理讨论,协调各方资源加紧推进研制。

  研制团队能够无后顾之忧、全力以赴的奋战在研制一线,离不开统筹谋划与制度保障。所领导经常与团队一起探讨研制过程中遇到的各类问题,针对可持续发展、后续研制计划等问题,给予政策上的支持与帮助,进行总体的系统谋划及资源统筹,同时设置激励机制,充分调动团队积极性、发挥科研主体作用,保障项目不断稳步向前推进。

  就是在这种节奏下,80吨级液氧甲烷发动机在极短的时间内成绩斐然,今天完成了首次整机热试车,验证了发动机系统工作协调性,确定了发动机工作时序和技术状态,为我国可重复使用运载器的发展奠定了重要技术基础。未来,液氧甲烷发动机一定会在液体火箭发动中占了重要位置,还有更多的工作需要完成。就像田原所说,“长路都还在后头,一点都不能松懈,要脚踏实地的干完。”


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