每經(jīng)記者 張文瑜    西安    每經(jīng)編輯 賀娟娟

4月25日，“神箭”長征二號F運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心托舉神舟十八號載人飛船點火升空，將載有3名航天員的飛船精準送入預(yù)定軌道，我國2024年度首次載人發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

《每日經(jīng)濟新聞》記者了解到，中國航天科技集團六院（以下簡稱：航天科技六院）在此次發(fā)射任務(wù)中，為長征二號F遙十八運載火箭與神舟十八號載人飛船共研制交付了58臺主發(fā)動機和姿軌控發(fā)動機，以及熱控分系統(tǒng)及生命保障系統(tǒng)泵閥等關(guān)鍵設(shè)備。

從最早的“東方紅一號”上天，到今天“長征”火箭、“神舟”飛船，半個世紀以來，航天科技六院持續(xù)突破多項關(guān)鍵核心技術(shù)，為中國航天事業(yè)的發(fā)展提供著可靠支撐，液體火箭發(fā)動機，也成為中國航天人探索太空的強大動力。

為新型火箭首飛奠定基礎(chǔ)

每經(jīng)記者從航天科技六院獲悉，4月28日，其自主研制的130噸泵后擺液氧煤油發(fā)動機完成四機并聯(lián)點火試驗，發(fā)動機總推力超500噸，這是我國液體動力發(fā)展史上推力最大、系統(tǒng)最為復(fù)雜的一次發(fā)動機點火試驗，是首次大推力液氧煤油發(fā)動機四機并聯(lián)點火試驗，對四機并聯(lián)方案進行了“全面體檢”，為今年新型火箭首飛奠定了堅實的動力基礎(chǔ)。

泵后擺發(fā)動機，是一種將搖擺裝置后置的發(fā)動機，能夠有效減小發(fā)動機工作占用空間、減輕發(fā)動機結(jié)構(gòu)重量、降低火箭伺服搖擺力矩。六院研制團隊突破了高溫高壓大流量富氧燃氣搖擺裝置等關(guān)鍵技術(shù)，并進一步優(yōu)化了發(fā)動機系統(tǒng)方案，解決了大功率旋轉(zhuǎn)機械振動控制等難題。該發(fā)動機與現(xiàn)役的120噸級液氧煤油發(fā)動機相比，推力更大、性能更高、結(jié)構(gòu)更緊湊，在同等火箭直徑內(nèi)可布局更多的發(fā)動機，有效提高火箭運載能力。

四機并聯(lián)，是把四臺技術(shù)成熟的發(fā)動機系統(tǒng)“組合”在一起工作，而不是簡單地“捆綁”在一起，這樣既可以為火箭提供更大的推力，又可以一定程度減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。多臺發(fā)動機協(xié)同工作給研制工作提出了許多新要求，帶來了許多新挑戰(zhàn)。

每經(jīng)記者了解到，六院研制團隊通過深入的機理分析和大量的數(shù)字仿真，攻破了起動同步性、復(fù)雜力熱耦合環(huán)境，故障識別與處置、垂直裝配與整體交付、試驗及測控等多項技術(shù)難題，確保了發(fā)動機和四機并聯(lián)方案的穩(wěn)妥可靠。

“四機并聯(lián)試車成功，驗證了泵后擺發(fā)動機多機工作的協(xié)調(diào)性和最大力熱環(huán)境下的工作可靠性，證明了發(fā)動機完全具備了飛行應(yīng)用的條件。”航天科技六院主管副院長兼液氧煤油發(fā)動機總師李斌告訴每經(jīng)記者。

據(jù)了解，此次試驗后，發(fā)動機經(jīng)檢測處理，將交付飛行應(yīng)用。

可重復(fù)使用火箭發(fā)動機刷新紀錄

無獨有偶，就在4月12日，由航天科技六院自主研制的130噸級可重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動機在陜西完成兩次啟動地面點火試驗。

據(jù)每經(jīng)記者了解，自由進出空間是航天運輸系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展的主要方向，發(fā)展可重復(fù)使用航天運載器則是實現(xiàn)自由進出空間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亟待實現(xiàn)技術(shù)突破。而液體火箭發(fā)動機作為航天運載器的主要動力裝置，也是航天運載器最復(fù)雜的產(chǎn)品之一，其可重復(fù)使用成為實現(xiàn)航天運載器重復(fù)使用必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。

也就是說，研制可重復(fù)使用火箭的前提是率先研制成功可重復(fù)使用的發(fā)動機。相比傳統(tǒng)一次性火箭，可重復(fù)使用火箭將增加四項關(guān)鍵技術(shù)：一是“落得準”，二是“接得穩(wěn)”，三是“用不壞”，四是“修得快”。

“這次點火就是“修得快”的一個驗證。”航天科技集團六院發(fā)動機產(chǎn)品總指揮高新輝向記者表示。“此次試飛的這款火箭是航天六院為中國可重復(fù)火箭量身定做的一款產(chǎn)品，這款發(fā)動機在現(xiàn)役的液氧油發(fā)動機基礎(chǔ)上通過反復(fù)的迭代改進，在提高推力比重的同時顯著地降低了發(fā)動機自身的結(jié)構(gòu)重量和對火箭空間的占用，同時開發(fā)出來兩次啟動這個功能，正是因為有這樣的改進，使得這個可重復(fù)回收成為可能。”

具體來看，上述試驗該臺發(fā)動機累計完成15次重復(fù)試驗、30次點火起動，累計試驗時長突破3900秒，重復(fù)試驗次數(shù)突破我國液體火箭主發(fā)動機試驗次數(shù)紀錄，為后續(xù)我國可重復(fù)使用運載火箭首飛奠定了基礎(chǔ)。

“可重復(fù)使用的發(fā)動機，它一個關(guān)鍵的特點就是要安全、可靠，能夠滿足相關(guān)的要求，試這么多次還是想摸清在不同點火次數(shù)下發(fā)動機的狀態(tài)。”航天科技集團六院165所一室主任周獻齊向記者表示。

在高新輝看來，產(chǎn)品進行極限摸底的主要目的是提高發(fā)動機的可靠性，同時也是不斷挖掘它的潛能，為后續(xù)可重復(fù)火箭的經(jīng)濟性改善奠定基礎(chǔ)。“極限摸底沒有盡頭，在對發(fā)動機產(chǎn)品進行充分檢查后，根據(jù)檢查情況繼續(xù)進行極限摸底。”

為了能夠?qū)崿F(xiàn)可重復(fù)使用火箭的功能，發(fā)動機的研制人員也分別從研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、試驗試車等方面來作努力，推動我國可重復(fù)使用火箭發(fā)動機的研制進展。

航天科技集團六院西發(fā)公司高級工程師劉超鋒告訴記者，“我們以重復(fù)使用發(fā)動機可重復(fù)、長時間、可靠性這些技術(shù)指標要求為基礎(chǔ)，進行了一系列的工藝技術(shù)攻關(guān)和研究項目，主要的研究項目應(yīng)該有近70項，大幅提升了我們發(fā)動機工藝技術(shù)水平的先進性、穩(wěn)定性，也保證了我們發(fā)動機產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性。”