我國重復(fù)使用火箭研制目標(biāo)確定

全國人大代表、中國航天科技集團(tuán)六院院長劉志讓日前向科技日報(bào)記者透露，我國正在持續(xù)開展以液氧烴類發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的火箭動(dòng)力可重復(fù)使用技術(shù)研究，突破了產(chǎn)品不下臺(tái)連續(xù)多次熱試車、大范圍推力調(diào)節(jié)、多次起動(dòng)、重復(fù)使用快速處理等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

航天運(yùn)輸?shù)淖畲髩粝胧前l(fā)展可重復(fù)使用運(yùn)載器，實(shí)現(xiàn)“快速、廉價(jià)、可靠”的進(jìn)出空間。國際上，SpaceX、藍(lán)色起源等公司率先在火箭部分回收和重復(fù)使用方面取得了成功。

劉志讓介紹，我國也制定了重復(fù)使用運(yùn)載器的發(fā)展規(guī)劃，按照近、中、遠(yuǎn)期的目標(biāo)提出3條技術(shù)途徑，同步開展工作，梯次形成能力?；诂F(xiàn)役火箭構(gòu)型，開展主發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用技術(shù)研究及適應(yīng)性改進(jìn)工作，近期完成回收驗(yàn)證工作，解決落區(qū)安全問題；基于新研火箭構(gòu)型，開展重復(fù)使用液氧烴類發(fā)動(dòng)機(jī)研究，支撐垂直、水平等多種回收方案，中期具備一二級(jí)火箭重復(fù)使用能力，推動(dòng)兩級(jí)入軌航天運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)形成；基于水平起降重復(fù)使用運(yùn)載器構(gòu)型，開展吸氣式組合發(fā)動(dòng)機(jī)研究，遠(yuǎn)期形成單級(jí)入軌運(yùn)載器的工程應(yīng)用。他表示，六院已將重復(fù)使用航天液體動(dòng)力作為重點(diǎn)，按照規(guī)劃的3條技術(shù)路徑整體推動(dòng)研究工作。但發(fā)動(dòng)機(jī)在所有熱機(jī)中工作條件最為嚴(yán)苛，為重復(fù)使用帶來了很大挑戰(zhàn)。

相較一次性火箭，可重復(fù)使用火箭首先要能返回、回收，這一過程對火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力調(diào)節(jié)能力提出了很高要求。劉志讓說，現(xiàn)役火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具備一定變推能力，可將推力降低到額定推力的70％左右，但要滿足回收要求，需要將推力降低到額定的40％甚至30％。變推范圍越大，設(shè)計(jì)難度越大。

以發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒裝置為例，從一般原理上講，要適應(yīng)推力變化必須調(diào)節(jié)燃料流量，即在噴射流量大幅變化的情況下，將參混燃燒的壓力等參數(shù)維持在適當(dāng)范圍內(nèi)，才能保證相對充分燃燒。這就要求燃燒裝置的噴嘴流道必須能隨動(dòng)調(diào)節(jié)，否則不僅無法保證對應(yīng)推力流量下噴霧混合燃燒質(zhì)量，甚至可能會(huì)出現(xiàn)中低頻振動(dòng)或高頻燃燒不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)破壞。

一次性火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可能工作幾分鐘就完成了使命，重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命則需要大大增加。這要求發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理念從強(qiáng)度設(shè)計(jì)向壽命設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，并需要解決結(jié)構(gòu)可靠性、健康管理、使用維護(hù)與快速檢測、壽命預(yù)測與評估等技術(shù)。

劉志讓表示，為滿足重復(fù)使用要求，需要對發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行考核。發(fā)動(dòng)機(jī)工作一次以后，對發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行快速評估，包括結(jié)構(gòu)完好性、密封可靠性等。此外，腔道里會(huì)殘留許多物質(zhì)，是否需要清洗、清洗到什么程度、有沒有化學(xué)反應(yīng)或腐蝕問題等等，都需要深入研究?！皬拈L壽命設(shè)計(jì)，到確保結(jié)構(gòu)可靠性和質(zhì)量穩(wěn)定性，這都是難題。”他說。

此外，劉志讓透露，六院瞄準(zhǔn)更遙遠(yuǎn)的未來，開展了組合循環(huán)動(dòng)力技術(shù)的研究和地面集成試驗(yàn)。該技術(shù)擬將航空發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合，在大氣層內(nèi)外不同環(huán)境下各展所長。他表示，3種動(dòng)力形式都在不斷發(fā)展，如果能組合在一起將是極大的創(chuàng)新，但要實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)效益最大化、飛行軌道最優(yōu)化以及良好的經(jīng)濟(jì)效益，還面臨多重難關(guān)。

了解到，組合循環(huán)動(dòng)力如果研發(fā)成功，可支持水平起降天地往返重復(fù)使用飛行器的服役，將大大提高快速進(jìn)出空間的能力。