2日,由中国航天科技集团四院自主研制的我国直径最大、装药量最大、推力最大的固体火箭发动机——民用航天3米2分段大型固体火箭助推发动机地面热试车成功,标志着我国已经掌握大型固体火箭助推发动机关键技术。
据了解,由于固体助推发动机具有结构简单、可靠性高和机动性好等优势,如今世界主要航天大国均发展有成熟的全固体运载火箭,我国在此领域与国际先进水平有一定差距。
固体发动机要真正运用到宇航运载领域,必须要达到更大推力才行。“提高推力主要从两个方面着手,一是增加发动机的直径,二是增加发动机的长度。”航天科技集团四院固体运载发动机总设计师王健儒说,此次试车成功的民用航天3米2分段大型固体火箭助推发动机,直径3米,采用分段对接技术将发动机分成2段,有效延伸了发动机的长度,从而提升推力。
航天科技四院副院长高波表示,四院生产的固体火箭发动机按照燃烧室结构形式,分为整体式固体发动机和分段式固体发动机。全固体四级运载火箭已经伴随着长征十一号参加了首次飞行,成功将多颗小卫星送入预定轨道,其独特的优势已经得到验证。
王健儒指出,分段式固体发动机具有推力大、工作时间长,结构尺寸大等特点,是运载火箭实现大起飞推力的有效途径。同时,采用分段技术,可大幅降低发动机技术难度、研制条件难度以及研制成本。
“作为实现固体发动机大型化的关键技术,分段对接技术在目前国际上被普遍使用。其主要是将燃烧室分成若干段,每段燃烧室独立绝热、浇注,最终通过模块化组合装配,实现有限直径内大装药、大推力的技术需求。”王健儒说。
未来,3米发动机应用于重型运载火箭固体助推器中,可实现近地轨道运载能力达到100吨以上,满足中国载人登月、深空探索的发展需求。
综合新华社、中新社
一图对比两种火箭发动机
固体火箭和液体火箭的区分主要看推进剂的形态,固体火箭的推进剂是固态的,液体火箭推进剂是液态的
火箭
发动机
由飞行器自带推进剂(能源),不利用外界空气的喷气发动机
固体火箭发动机
使用固体推进剂的化学火箭发动机
液体火箭发动机
使用液体推进剂的化学火箭发动机
准备周期
固体推进剂是由生产单位预先装填进发动机内的,固体火箭运至发射场后,测试完成后即可实施发射。
液体火箭则是把“空壳子”运到发射场,在发射前数天内进行燃料加注,还要进行一系列测试,这无疑大大延长了发射准备周期。
运载能力
固体火箭发动机的装药量尺寸较为有限,火箭的长径比受控制系统的限制,固体火箭的“个头”比液体火箭小得多,推力也逊色不少。
在相同的起飞规模下,液体火箭的运载能力更大,就是说,可以用更少的燃料走更远的路,工作时间更长。
可靠性
零件数量相对更少的固体动力系统,在可靠性方面具有先天优势,且固体推进剂化学性能更为稳定,不怕泄漏,对储存的温湿度以及力学环境要求不苛刻。
使用液态推进剂,存在着易挥发、腐蚀等风险,需要在临发射之前加注。加注完成后,必须在一定的时间内发射出去。
可控性
固体火箭点火之后,只要燃料不耗尽,“根本停不下来”。当然,如果停下来,想再次点火在技术上也是十分困难的。
液体火箭有一个特殊的优势就在于其可以采取控制关机的模式。打个比方,液体火箭就像是家里的天然气灶,不想继续使用关了阀门就行,如果需要二次启动,再打开阀门就可以了。