我国120吨级液氧煤油发动机将装备新一代长征火箭
2012-07-25
3万余秒热试车70余项技术创新
“120吨级液氧煤油发动机的研制成功，是中国航天动力发展过程中的里程碑。”这是国家国防科工局副局长胡亚枫对我国新一代运载火箭发动机做出的评价。
5月底，该发动机项目研制通过国家国防科工局验收。此项目由中国航天科技集团公司第六研究院（以下简称六院）承担。自2000年9月立项，六院累计实施热试车3万余秒，突破了70余项关键技术，使我国继俄罗斯之后成为第二个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。
六院院长谭永华介绍，该发动机将作为我国新一代运载火箭的动力系统，装备长征五号、六号、七号运载火箭，为载人航天、月球探测等国家重大专项任务提供动力保障。
推动我国运载火箭性能不断提升
“120吨级液氧煤油发动机是为我国新一代运载火箭系统研制的无毒、无污染、高性能、高可靠的基本动力装置。”承担该发动机研究设计任务的六院十一所所长李斌介绍说，该发动机为补燃循环泵压式的单推力室液体火箭发动机，推进剂为液氧和煤油，可由单向摇摆基本型衍生出双向摇摆发动机和固定发动机，发动机共三种状态单机，可通过三种状态发动机组合使用的模式，装备新一代运载火箭。
长期以来，我国长征系列运载火箭虽然采用了一些小型液氢/液氧发动机，主推进器大量采用的是由四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂。尽管此类发动机技术成熟度高，但受发动机推力难有更大发展制约、限制了运载火箭性能的进一步提升，同时以上两种推进剂组合也具有一定的毒性和腐蚀性。
相比之下，液氧煤油发动机推进剂组合绿色环保优点突出，补燃循环系统方案具有燃烧等综合效能高的优势，发动机本身还具备易于控制混合比、工况可调节、辅助功能全、安全度高等优点。同时，由于预压涡轮泵的使用，推进剂储箱的质量也大为减轻。为满足性能、功能要求，对涡轮泵等主要组件的设计指标要求极高，设计和研制难度很大。
由于综合效能高、方便操控、推进剂价格低廉等特点，液氧煤油发动机一直被各国用于运载火箭等各种推进器，是进行商用发射的良好动力装置。世界各国都利用液氧煤油发动机生产了大量运载火箭用于各种发射任务。1957年，前苏联发射世界上第一颗人造卫星时使用的R-7型运载火箭，以及近年俄罗斯发射的联盟号飞船所用的火箭，其发动机都是液氧煤油发动机。美国也很早运用了液氧煤油发动机，曾运载阿波罗系列登月飞船的“土星五号”巨型运载火箭的第一级便是采用了5台F-1型液氧煤油发动机。
与目前美国670吨推力的F-1型发动机、俄罗斯740吨推力的RD-170型发动机相比，我国120吨级液氧煤油发动机在推力方面尚有较大差距。然而我国液氧煤油发动机在整体技术上较为先进，其综合效能高于F-1型发动机、与RD-170型发动机相当，且在其基础上还能拓展研发出推力超过300吨甚至660吨级别的更大推力的液体火箭发动机。这将可以逐渐扭转我国运载火箭性能现状，推动我国运载火箭性能不断提升。
实现我国液体推进技术重大跨越
120吨级液氧煤油发动机项目经过近12年研究，取得了多项成果，填补了我国高压补燃循环发动机技术空白，实现了液体推进技术的重大跨越。
李斌表示，该发动机是我国首个采用补燃循环、自身起动、变工况调节技术的液体火箭发动机，其研制道路困难重重。在上级单位正确决策和领导下，十一所和院内兄弟单位组成的研制团队通过艰苦攻关，完成了方案论证、方案设计、试验验证、改进完善、飞行状态验证的研制全流程，以热试车作为考核手段确定了发动机设计状态技术基线，并有效解决其各项关键技术。
针对长征五号、六号、七号运载火箭的飞行使用要求，研制团队按照系列化、模块化设计指导思想，采用基本型发动机进行组合、开展了多种飞行状态发动机研制。
在专项研制阶段，通过大量仿真和模拟试验技术研究，自主开发了一批工程仿真软件，掌握了核心组件动力学模拟试验方法及模拟准则。同时对项目研制所涉及的设计、生产、试验和试车考核所需的保障条件进行大量投入，不断建立健全整个研制体系。
此外，通过该项目的研究，还促使我国掌握了液氧煤油高压补燃循环发动机的研制规律，掌握了一批高性能新材料的应用技术，培养了一批设计、工艺、试验和管理人员队伍。该项目已获得近20项国防科技成果及相关专利授权。（付毅飞）
