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蓝箭液氧甲烷发动机成功试车 背后是火箭动力之争?

来源:本站原创  作者:admin  更新时间:2019-11-23  

  10月26日,蓝箭航天空间科技股份有限公司(以下简称“蓝箭航天”)“天鹊”TQ-12液氧甲烷发动机顺利通过变推力长程试车,试车时间200秒。

  航天发动机试车是指在地面启动发动机,观察发动机在各个状态下的数据,以确定发动机的性能。此次变推力长程试车之前,今年7月19日、21日, “天鹊”TQ-12液氧甲烷发动机已有两次试车成功,最长试车时间100秒。

  据蓝箭航天介绍,新一次试车重点考核了发动机推力调节方案的可行性,意味着国内首次突破双低温火箭发动机推力调节技术和高精度低温调节器技术,为可重复使用火箭返回奠定技术基础,同时也有助于火箭飞行弹道优化和火箭起飞前的故障诊断。

  去年7月,蓝箭航天公布了“80+10”的液体火箭动力系统技术路线通用于火箭一级和二级,10吨级发动机TQ-11通用于火箭的二级游机和三级主动力。两型发动机并联组合,覆盖了从小型、中型到大型的“朱雀”全系列火箭家族。

  蓝箭航天预测,明年年中将完成两型发动机极限工况试车、极限边界条件试车、摇摆试车、长程试车等全面考核,完成初样阶段研制。明年年底完成鉴定试车,具备飞行条件,交付动力系统试车产品,初步形成批产交付能力。

  自2018年蓝箭航天、零壹空间两枚民营入轨火箭发射失败,两家公司均将重心转移至发动机研制。

  今年5月,零壹空间自主研发的2500N双组元轨控发动机热试车取得成功,涵盖了发动机全工作周期的各项工况,包括长稳态、脉冲、混合比偏移及高低推力工况,证明了零壹空间上面级液体火箭发动机的自主研发能力。

  今年7月,深蓝航天创始人霍亮在接受时代财经采访时表示,从接触客户的角度说,业内讲究“入轨先行”,要先把一发卫星打上去;但从传统的研制流程上来说,则强调“动力先行”。

  他更看好液体火箭的发展前景,“液体火箭的研制周期相对长一点,但做液体可回收火箭已经是业内共识。因为固体火箭的利润空间并不显著,固体火箭时代很快就会被液体火箭取得的进展打破。”

  此前星际荣耀发射的第一枚中国民营火箭即为固体发动机火箭,但该公司同时倡导固液并行的技术路径。其于今年10月公布了首枚液氧甲烷动力可重复使用运载火箭——双曲线二号的入轨计划。

  据悉,液体火箭发动机是指以液体作为推进剂的火箭发动机,使用历史早于固体火箭发动机,同时也是目前大型火箭最常用的发动机。由于固体推进剂的性能较低,运载能力存在天花板,想将固体推进剂的性能进行提升,相当于提升百米赛跑的世界纪录,代价大且不易实现。

  目前,我国已自主研制的100多种不同型号、不同性能、不同用途的液体火箭发动机及空间推进系统,为“神舟”飞天、“嫦娥”奔月和各类卫星发射提供了动力保证。

  尽管蓝箭航天、零壹空间和星际荣耀几家头部火箭公司均将重心放在液氧甲烷发动机上,但液氧甲烷并不是液体火箭的唯一动力组合。

  据星际荣耀总经理彭小波介绍,目前普遍使用的液氧煤油发动机,其技术基础在全球应用范围更为广泛,成熟度高,但是从可重复使用的角度来看,液氧甲烷的优越性更为明显:甲烷燃烧之后产物为二氧化碳和水,其他杂质较少,而煤油燃烧之后的生成产物容易存在积碳和结焦现象,会直接影响发动机的可重复使用性能。

  但国内还没有真正实现液氧甲烷发动机在火箭上的应用。美国的蓝色起源已将液氧甲烷发动机BE-4应用于新谢泼德火箭上;SpaceX的液氧甲烷发动机也处于研制当中。

  与蓝箭、零壹等企业不同,专注可回收液体火箭的深蓝航天走的是液氧煤油发动机的技术路径。霍亮认为,衄阰眭耋賦釵骨趙谿夔笥疑鎘俇賸夔魂嗣,液氧煤油的技术路径更加成熟可靠,尤其做中小型火箭,煤油推进剂更具优势,回收复用几十次没有问题,密度比冲相对于甲烷亦有优势,使用和维护更加方便、成熟。

  “国内做液氧甲烷发动机的公司多,有一定的特殊性。”一名国内民营火箭行业的研发人员对时代财经指出。据其介绍,目前不少火箭公司都位于北京,原因在于北京是一院所在地,培养了大批火箭总体人才。但在发动机研制方面,人才多来自北京航天六院11所(曾率属于航天一院,后与西安11所合并),以液氧甲烷和液氢液氧的发动机研制居多。

  “而西安11所拥有国家液氧煤油发动机的研制队伍。此前因为管理问题,很多公司并未选择与西安技术人员合作,现在大家越来越发现西安在液体火箭发动机方面的技术实力。”上述人士指出。据悉,成立较晚的火箭和发动机公司,如深蓝航天、星河动力和空天引擎,都选择了液氧煤油的技术路径。

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