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藍箭液氧甲烷發動機成功試車,背后是火箭動力之爭?

作者:史成超 2019-10-28 15:35

但國內還沒有真正實現液氧甲烷發動機在火箭上的應用。

10月26日,藍箭航天空間科技股份有限公司(以下簡稱“藍箭航天”)“天鵲”TQ-12液氧甲烷發動機順利通過變推力長程試車,試車時間200秒。

航天發動機試車是指在地面啟動發動機,觀察發動機在各個狀態下的數據,以確定發動機的性能。此次變推力長程試車之前,今年7月19日、21日, “天鵲”TQ-12液氧甲烷發動機已有兩次試車成功,最長試車時間100秒。

據藍箭航天介紹,新一次試車重點考核了發動機推力調節方案的可行性,意味著國內首次突破雙低溫火箭發動機推力調節技術和高精度低溫調節器技術,為可重復使用火箭返回奠定技術基礎,同時也有助于火箭飛行彈道優化和火箭起飛前的故障診斷。

從“入軌先行”到“動力先行”,重心轉移至發動機研制

去年7月,藍箭航天公布了“80+10”的液體火箭動力系統技術路線。80噸發動機TQ-12通用于火箭一級和二級,10噸級發動機TQ-11通用于火箭的二級游機和三級主動力。兩型發動機并聯組合,覆蓋了從小型、中型到大型的“朱雀”全系列火箭家族。

藍箭航天預測,明年年中將完成兩型發動機極限工況試車、極限邊界條件試車、搖擺試車、長程試車等全面考核,完成初樣階段研制。明年年底完成鑒定試車,具備飛行條件,交付動力系統試車產品,初步形成批產交付能力。

自2018年藍箭航天、零壹空間兩枚民營入軌火箭發射失敗,兩家公司均將重心轉移至發動機研制。

今年5月,零壹空間自主研發的2500N雙組元軌控發動機熱試車取得成功,涵蓋了發動機全工作周期的各項工況,包括長穩態、脈沖、混合比偏移及高低推力工況,證明了零壹空間上面級液體火箭發動機的自主研發能力。

今年7月,深藍航天創始人霍亮在接受時代財經采訪時表示,從接觸客戶的角度說,業內講究“入軌先行”,要先把一發衛星打上去;但從傳統的研制流程上來說,則強調“動力先行”。

他更看好液體火箭的發展前景,“液體火箭的研制周期相對長一點,但做液體可回收火箭已經是業內共識。因為固體火箭的利潤空間并不顯著,固體火箭時代很快就會被液體火箭取得的進展打破。”

此前星際榮耀發射的第一枚中國民營火箭即為固體發動機火箭,但該公司同時倡導固液并行的技術路徑。其于今年10月公布了首枚液氧甲烷動力可重復使用運載火箭——雙曲線二號的入軌計劃。

據悉,液體火箭發動機是指以液體作為推進劑的火箭發動機,使用歷史早于固體火箭發動機,同時也是目前大型火箭最常用的發動機。由于固體推進劑的性能較低,運載能力存在天花板,想將固體推進劑的性能進行提升,相當于提升百米賽跑的世界紀錄,代價大且不易實現。

目前,我國已自主研制的100多種不同型號、不同性能、不同用途的液體火箭發動機及空間推進系統,為“神舟”飛天、“嫦娥”奔月和各類衛星發射提供了動力保證。

民營火箭動力之爭:液氧甲烷VS液氧煤油

盡管藍箭航天、零壹空間和星際榮耀幾家頭部火箭公司均將重心放在液氧甲烷發動機上,但液氧甲烷并不是液體火箭的唯一動力組合。

據星際榮耀總經理彭小波介紹,目前普遍使用的液氧煤油發動機,其技術基礎在全球應用范圍更為廣泛,成熟度高,但是從可重復使用的角度來看,液氧甲烷的優越性更為明顯:甲烷燃燒之后產物為二氧化碳和水,其他雜質較少,而煤油燃燒之后的生成產物容易存在積碳和結焦現象,會直接影響發動機的可重復使用性能。

但國內還沒有真正實現液氧甲烷發動機在火箭上的應用。美國的藍色起源已將液氧甲烷發動機BE-4應用于新謝潑德火箭上;SpaceX的液氧甲烷發動機也處于研制當中。

與藍箭、零壹等企業不同,專注可回收液體火箭的深藍航天走的是液氧煤油發動機的技術路徑。霍亮認為,液氧煤油的技術路徑更加成熟可靠,尤其做中小型火箭,煤油推進劑更具優勢,回收復用幾十次沒有問題,密度比沖相對于甲烷亦有優勢,使用和維護更加方便、成熟。

“國內做液氧甲烷發動機的公司多,有一定的特殊性。”一名國內民營火箭行業的研發人員對時代財經指出。據其介紹,目前不少火箭公司都位于北京,原因在于北京是航天科技一院所在地,培養了大批火箭總體人才。但在發動機研制方面,人才多來自北京航天六院11所(曾率屬于航天一院,后與西安11所合并),以液氧甲烷和液氫液氧的發動機研制居多。

“而西安11所擁有國家液氧煤油發動機的研制隊伍。此前因為管理問題,很多公司并未選擇與西安技術人員合作,現在大家越來越發現西安在液體火箭發動機方面的技術實力。”上述人士指出。據悉,成立較晚的火箭和發動機公司,如深藍航天、星河動力和空天引擎,都選擇了液氧煤油的技術路徑。

文章來源:時代財經 編輯:張常旺
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