火箭发动机里的经济适用男,液氧甲烷发动机( 三 )



最近我国民营航天企业——蓝箭航天自主研制的10吨级“天鹊”液氧甲烷发动机完成新一轮点火试验,单次试车时长4000秒,单台试车时长突破万秒大关,全面刷新了我国泵压式液体火箭发动机试车的纪录,发动机设计、生产、装配质量和工作可靠性得到了充分考核 。看到这条新闻的时候我想大部分人和笔者一样既觉得高兴又有点说不出的疑虑存在 。
首先高兴的是这次4000秒无故障地面试车取得成功,毕竟这是中国民营航天取得了的巨大进步,对于中国民营航天发展而言却是巨大的进步,火箭发动机的长时间地面试车取得成功,不仅寓意着中国民营航天已经成功实现了万里长征路途中最关键的一步,为后续中国民营航天发展取得巨大胜利奠定基础 。但是另一方面火箭发动机在正常发射过程中工作时间都不是很长,比如发射近地轨道航天器时芯一级和助推器火箭发动机工作时间一般只有200秒左右,就算是长征五号的芯一级装备的YF77也工作时间不过300秒左右,为什么地面试车时要连续试验几千甚至上万秒呢?其实火箭发动机地面试车时间往往都要比正常发射时长增长几百甚至几万倍,背后的原因就是想要借助更长时间的地面长时间连续点火试验来验证火箭发动机的安全可靠性 。
因为火箭发动机虽然从点火到发动机停机只有两三百秒时间长,但是从发动机地面点火开始到随着火箭飞行速度和高度不断提升的过程中,火箭发动机无论是整个发动机本体在起飞爬升过程中,发动机推力变化、比冲变化、发动机本体的温度变化,还是火箭发动机核心的涡轮泵能否持续保证十几万转的高转速、内部压力能否在持续几十兆帕的压力下不会发生故障、火箭发动机喷管能否在持续工作的几百秒内受外界气压、温度变化依然保证高效工作不出现问题,都是需要提前在地面验证成功的,毕竟火箭发射升空后有问题就真的只能看一场烟花了 。
所以此次蓝箭航天成功实现地面持续点火4000秒无故障顺利停机,不仅刷新了2020年7月份创下的3000秒持续点火无故障记录,更长的持续点火时间更意味着天鹊这款发动机的整体可靠性已经更高更好,距离搭载天鹊发动机的朱雀二号运载火箭成功推向商业航天市场更近了 。从时间来说的话,4000秒换算成小时的话就是1.11小时,这个时间比整个火箭从地面点火到航天器成功进入近地轨道的时间长了一倍以上,可能很多人觉得这个时间长的有点多余了 。
其实翻开以往火箭发动机的研发历程会发现,我们大家熟悉的火箭发动机的地面持续点火时间都非常长,比如执行阿波罗载人登月发射任务的土星五号超重型运载火箭13次发射能够取得全部成功,就是因为其芯一级装备的F-1液氧煤油火箭发动机地面试车时间长达25万秒,更长的地面点火时间更安全可靠的验证了F-1火箭发动机的安全可靠性,将各种风险都留在了地面,所以土星五号虽然起飞重量高达3400吨以上,但是整个发射生涯中13次发射却都取得了成功的背后,离不开地面试车时长达25万秒的持续点火试车 。
其他像航天飞机使用的SSME发动机地面试车时间也长达11万秒,我国长征七号上面级采用的YF115氢氧火箭发动机地面试车时间也高达10万秒,就算是长征五号助推器和长征七号采用的YF100液氧煤油火箭发动机地面连续试车时间都超过了4万秒 。而天鹊火箭发动机地面试车时间超过4000秒以上对于蓝箭航天而言,蓝剑航天作为我国第一家民营航天企业,该公司主营业务就是执行商业航天发射,所以火箭从一开始为了增大市场竞争力和降低发射成本从一开始就采用了回收重复使用技术,那么对于需要承担起飞和降落时推力输出、同时又要满足几十次重复使用需求,所以火箭发动机不光要具备长时间工作状态,而且在更长工作时间里,无论是推力、比冲还是任何一个零部件都要运行更为稳定可靠 。

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