两种发动机试验成功 登月用长征9号初露曙光

长征9号初露曙光

八一前后，我国航天部门传出两个喜讯。一个是500吨推力液氧、煤油燃料火箭发动机首次涡轮泵联试圆满成功。另一个则是两段式3米直径固体推进器试验成功。

这两项成果，都与我国正在进行预研技术攻关的长征9号火箭有关。

这里我们就来介绍一下这两项技术究竟难点何在，它们又将如何运用在长征9号上。

这里我们要首先介绍一下500吨推力重型火箭发动机的“燃气发生器与涡轮泵联试”是怎么回事。

相信很多读者已经知道，火箭发动机的性能水平的一个重要数据叫做“比冲”，也就是单位重量燃料产生的冲量大小。这个数值的单位通常习惯用秒，比冲越高代表效率越好。

"土星5号"的F-1发动机，注意喷口侧面一圈管子实际上就是燃气发生器产生废气的引导管，它将这股废气引入主喷管内向后喷射，产生一定推力

我国长征2号火箭的液体助推器，注意主喷管旁边的小喷管

美国当年传奇的“土星5号”火箭的发动机F-1型的海平面比冲为263秒，而苏联80年代为重型火箭设计的RD-170型4燃烧室发动机的海平面比冲则为309秒。这两种发动机的海平面推力都是800吨左右，因此可以说，RD-170作为第一级助推火箭用的发动机，比F-1领先一代是毫无疑问的。

这两者之间的主要差距就在于推进剂供应原理。

火箭发动机对于进入其燃烧室的燃料和氧化剂温度和压力有一定要求，对于大型火箭发动机来说，用电动泵之类的方式不现实。因此从二战末期的V-2火箭开始，科学家们利用火箭燃料和氧化剂作为工质，推动一个涡轮，然后由涡轮带动燃料和氧化剂泵来达到设计要求。这个过程被称为动力循环过程。

我们前面提到的“土星5号”的主发动机，F-1火箭发动机使用的是与当年纳粹V-2火箭别无二致的燃气发生器循环。在这个系统中，火箭燃料进入燃气发生器进行不充分燃烧，产生的废气驱动涡轮泵，来带动燃料和氧气泵，向火箭发动机供应达到温度、压力数值要求的燃料和氧化剂。不完全燃烧的燃料产生的废气经过涡轮泵后就直接向后喷射，产生一个小的推力，但实际上这就浪费了一定的燃料，因此称为“开式循环”，浪费了一定的燃料和氧化剂。我国“长征2号”/东风-5系列火箭/导弹的发动机也是使用这一原理，因此会有不少的剧毒偏二甲肼燃料在不完全燃烧的情况下喷射到大气中，产生一定的污染。因此这种原理的四氧化二氮\偏二甲肼火箭常被叫做“毒弹”。

最理想的火箭发动机燃料供应方式是“膨胀循环”，即液体燃料在发动机喷嘴周围的热交换机通过时吸收燃烧的热量膨胀，推动涡轮泵，提供向燃烧室内泵压燃料和氧化剂的动力。整个过程中燃料完全不会浪费，全部在燃烧室内燃烧做功，推动火箭飞行。然而这种循环方式的技术难度很高，而且一般使用在氢氧燃料火箭上——70年代我国研制“东风6”环球导弹的时候曾计划在第二级上使用这种原理的发动机，但显然这不现实。

美国曾计划在X-33“冒险星”第二代航天飞机上使用膨胀循环式发动机，但当然未能成功，这一技术至今各国都没有取得重大突破

而所谓的“补燃循环”实际上就是将燃气发生器中进行不完全燃烧后产生的废气在推动涡轮做功后，再引入燃烧室，在这里进进行第二次燃烧，做功推动火箭飞行。所有燃料和氧化剂最后都进入燃烧室，因此和“膨胀循环”一样属于“闭式循环”，几乎不浪费燃料。

目前，美国的航天飞机发动机、俄罗斯RD-120\170\180都属于补燃循环。我国长征-7火箭的主发动机YF-100也是使用补燃循环技术的新一代火箭发动机，其研制过程中参考了从俄罗斯引进的RD-120发动机。

而这次我国试验的500吨推力发动机据认为就是正在预研阶段的YF-460发动机（真空推力460吨，水平面推力约500吨），该发动机为两个喷管，类似俄RD-180发动机，但推力比RD-180更大一些，因为毕竟YF-460研制年代要比RD-180晚很多，在发动机控制技术上，当然我们现在会比90年代水平领先。

YF-460此次联试成功后，我国即使购买RD-180恐怕也买不了几台了，目的么你懂的

通过上面的描述就可以看出，补燃循环发动机中最关键的部分就是燃气发生器和涡轮泵的这个联动过程，也就是8月1日试验的内容。

另一方面，我国的分段式固体助推器的首次试验成功也是令人振奋的。它所验证的，是大直径分段式固体助推器的分段组合技术。

据传，目前我国计划研制的长征9号火箭计划起飞推力为3000吨，能将3-5人送到月球。

该火箭的芯一级目前可能计划用两台YF-460，再加上两个1000吨级的固体助推器。

分段式固体火箭助推器大概就是这样子

这个固体助推器的推力水平大致相当于美国的航天飞机固体助推器SRB型。要达到如此惊人的推力，固体助推器已经无法整体浇筑和运输了，必须被分为数段，分别运送到发射台附近，然后再发射台上进行组合。

然而固体火箭发动机本质上说是一个巨大的缓慢燃烧的“炸药管”，整体浇筑出来的大直径固体药柱的稳定燃烧对于大部分国家来说（比如印度）都还是一个难以解决的问题，更何况还要把它分为好几段？

当年美国“挑战者”号航天飞机爆炸，就是因为其中一个SRB火箭用来隔离分段的橡胶密封圈在低温下失效。

SRB火箭分段组合现场，可见，现场对于环境控制要求非常高，毕竟有“挑战者”号教训在前，分段式火箭密封圈一旦出问题的结局大家都已经不必想象

所以不久前美国为SLS新一代火箭研制的新型SRB助推器进行测试的时候，首先被放在一个零下10多度的冷库里进行充分冷却，再放在40度阳光下暴晒，最后进行测试。就是为了确保橡胶密封圈在恶劣环境下的可靠性。

同时我们也可以看出，固体火箭助推器分段组合技术是有多么困难。

因此，我们的3米直径两段式助推器试验成功，可喜可贺，我国距离掌握这项技术又近了一步。

网上常有一些无知，或者别有用心的人，说什么中国火箭技术水平不如印度、日本之类的话。随着YF-100的实用化、YF-460试验成功和分段式固体助推器试验成功，相信稍微有点分辨力的读者都应该明白，他们到底荒谬在何处了。