北宋時期震天雷
從9世紀中國意外發明火藥,成就世界首例離地固體火箭發動機「火炮」(震天雷之類)以來,直到20世紀,俄羅斯蘇聯專家康斯坦丁才提出液體燃料火箭概念,但最終在1926年,由美國科學家羅伯特將之變為現實。隨後,火箭分級燃燒循環動力技術在1949年首次提出,並被運用於蘇聯行星火箭發動機的動力系統循環設計之中,但真正研發首臺分級燃燒發動機的是1963年德國工程師路德維希,而液氫發動機則由美國在1962年試飛成功,目前,世界最大、比衝數最高的,階段分級燃燒液態氫氧發動機,是美國惠普公司的「太空梭主發動機」。
發動機,是工業發展的推動力,也是所有展望航天航空發展的工程師、科技集團、工業機構、國家地區,所共有的期待與努力的方向。常規動力火箭,也是常見的火箭類型,以化學推動劑作為動力來源,其常見種類包括,固體推進劑、液體推進劑、固液混合型推進劑。
火箭發動機實驗
很長一段時間,航空業界認為,下一代火箭發動機的動力技術方向,應當是所謂的「全流分級燃燒發動機」,被認為是火箭動力領域的技術「聖杯」,能夠超越以往的推進劑燃燒效率,獲得更高的比衝值,但這個數值似乎高到不可思議,「幾乎不可能」完成。美國航空工業「教父」級人物,埃隆·馬斯克,在2019年再度向公眾透露了全流分級燃燒發動機「SpaceX Raptor」,但直到目前,這款發動機仍未與世人相見。
作為美國首席商業巨頭,工業設計師,航天工程師,馬斯克經常對公眾主動透露當前的科技進展,公布相關視頻,這在加強公知的同時,讓馬斯克的航空公司,SpaceX也越來越火。而我國涉及國防工業研究的相關內容,不會像SpaceX私人公司一樣,第一時間帶公眾走近第一現場,但是,在火箭發動機動力領域的研究,也在國外的嚴防死守中,不斷向科學的最高峰拾級而上。
補燃氫氧發動機試車成功
無論是階段分級燃燒火箭發動機,還是素有火箭動力技術聖杯之稱的全流分級燃燒發動機,都能夠大幅提升傳統火箭發動機燃燒效率,進而提高火箭比衝值。分級燃燒火箭發動機,也稱為補燃循環火箭發動機。近期,我國火箭發動機,傳來火箭動力領域關鍵技術地新動向。據報導,為我國重型運載火箭研製的大動力補燃循環氫氧發動機,其關鍵技術攻關已取得積極進展,踐行了中航六院在2018年許下的承諾。
據信,新型大推力補燃循環火箭發動機,將替換長徵五號系列火箭目前使用的,YF-77液體發動機。通過分階段的循環燃燒,提高推進器使用效率。同時,對工程設計、建造施工方面,都帶來了不少的新挑戰。
長徵五號B運載火箭
中航六院專家介紹,新型大推力補燃循環發動機,已完成預燃室熱實驗、聯動試驗等重要代表性熱實驗,這些實驗的順利開展,就意味著新型發動機的核心技術,已經被順利解鎖,並檢驗其可靠性。與此同時,中航六院為長徵五號B運載火箭準備的,大推力氫氧發動機已成功完成一次型號可靠性試車,這是為了我國「天宮號」空間站任務做準備。
不僅如此,火箭發動機的進步,將直接作用於航天工程項目的進展、一國航天科技成果、國際地位。已經提上日程的火星探測計劃、將來空間站建成,至少十年的運營計劃、國際合作項目服務等,都需要新型大推力火箭發動機的支持。另外,不容忽視的一點是,火箭發動機不僅適用於運載火箭,也能適用於洲際飛彈的動力推進,當推進劑燃燒效率打滿,洲際飛彈的威力也將發揮到自身材料水平的極致。因此,火箭發動機——人類玩火的極致,不失為一句恰到好處的結語。