(原标题:我国最大直径航天固体发动机点火实验成功)
今天,我国自主研制的首台3米直径航天固体发动机,在西安完成首次点火实验,这是我国迄今为止最大的航天固体发动机,未来核心技术将应用于我国大型火箭和重型运载火箭,标志着我国航天运载能力的发展进入新阶段。
上图中的白色大家伙,就是我们国家自主研制的3米直径2段式固体动力发动机。试车过程中大家就可以在它后面,尾喷管的位置看到有火焰喷出来。这个火焰会高达3000多度,它会顺着背后这个导流槽喷出,这样就不会对整个发动机,产生过多影响。
在试车过程当中,会产生非常强的、向前的推力,因此它需要很多工装,进行一个固定工作,图中像笼头一样的,就是在整个发动机的最前端。这个工装将会把发动机产生的推力进行一个测算,同时上面还有大量的传感器,可以对所有出现的参数进行记录。
本次试车能够稳定运行突破100秒,这非常重要,这标志着我国3米直径固体发动机的相关技术通过了检验,已经达到了可以承担航天任务的水平,发动机点火已经取得了成功!
经过稳定运行,我国首台3米两段式固体发动机顺利完成首次点火实验,获得圆满成功,这也是我国在航天固体动力领域完成的最大规模的一次试车。
航天科技集团四院大推力固体助推发动机总设计师王健儒说:“试车成功标志着我们具备继续开展工程研制的这样一个条件。这个技术是我们后续更大推力的、或许直径比它更大、装药量更大的一个发动机,最核心最关键的一个技术。”
固体发动机:优势独特 强力灵活
此次我国最大直径航天固体发动机的点火成功,对于我国航天运载能力的建设具有重要意义。此前,我国的运载火箭主要采用液体燃料为主要动力,而固体发动机凭借其独特优势,将进一步提升我国进入空间的能力。
刚刚完成点火试验的3米直径固体动力发动机,采用了两段式的设计,也就是将两段结构拼接在了一起。采用这种设计,是因为固体发动机只要关键技术经过检验之后,就可以很快发展出同样直径,更多段结构的固体发动机。
航天科技集团四院41所固体运载动力研究室主任白彦军告诉记者:“我们今天看到的这两段,是头段和尾段,其实也可以通过中间段的增加,来调节这个装药量,从而调节这个推力,比如两段基础上我们可以做个三段,四段,或者我们做个五段。”
固体发动机最大的特点,就是推力可以根据燃料的多少进行调节。燃料越多,推力越大。
白彦军介绍说:“液体火箭发动机要实现大推力是相对比较困难的。而固体发动机实现大推力正好是它的一个长处。那么利用固体火箭发动机容易实现大推力这一点,运载火箭起飞规模就可以做大,运载能力就可以加大。”
除此之外,固体火箭发动机还具有机动灵活的特点。我们平常常见的运载火箭采用的都是液体发动机,需要在发射前进行燃料加注,而这样一来,对时间的把握和加注技术就有较高的要求。而固体发动机则完全不同。
那为什么在目前的运载火箭中大都采用液体发动机技术呢?因为液体发动机也具有着不可替代的优点,它的效率更高,工作时间更长。因此,在国际上通常采取固体动力和液体动力相搭配的方式,尤其是在火箭主体周围捆绑的小火箭——也就是火箭的助推器,就经常采用固体动力发动机。
固体发动机:高可靠 高精度
固体动力发动机虽然有着明显的优点,但是对于研发能力有着较高的要求。根据设计,此次完成首次点火试验的大直径固体发动机,未来将应用于我国大型火箭或重型火箭的助推器部分。
虽然固体发动机的体内装载着固体燃料,就好像一只随时可以点燃的爆竹,但是设计师告诉我们,固体发动机是不会爆炸的,也不会燃烧的,比较稳定。
长征十一号运载火箭在2015年9月首飞成功。它是我国长征系列火箭家族中第一枚固体运载火箭,也是我国新一代运载火箭中唯一的固体火箭型号。火箭全长20.8米,直径2米,起飞推力120吨,可以实现一次将5个平均体重70公斤的成年人,送到距离地球700公里高度的轨道。
航天科技集团一院长征十一号火箭总指挥杨毅强表示,“长征十一号火箭填补了这个领域空白,标志着我们国家拥有了真正的有工程实用价值的固体火箭。”
长征十一号的首飞,离不开一颗强劲的心脏,也就是我国第一款固体火箭发动机。不仅如此,这颗心脏也赋予了长征十一号更加灵活机动的特点。目前长征十一号火箭的发射准备时间为24小时,是国际同类火箭准备时间的三分之一。在争分夺秒的应急发射中,优势十分明显。
固体发动机:未来应用广
我国首台3米直径固体发动机点火实验的成功,意味着我国未来航天运载中,固体动力将承担起更加重要的航天任务。而在世界范围内,航天领域对于固体发动机的使用非常普遍,是航天大国发展中不可或缺的力量。
事实上,我国在小口径、短时间使用的固体发动机方面,已经有很长时间的技术经验。在中国航天发射的第一枚运载火箭——长征一号上,就使用了固体发动机。
而如今,我国固体动力发动机在航天领域仍然扮演着重要角色。中国可靠性最高的载人运载火箭长征二号F火箭,顶部的逃逸塔就使用了固体发动机。但我国在大尺寸固体发动机研制方面,一直处于空白。
当今世界上最大的航天固体发动机,是美国“未来太空发射系统”SLS火箭所使用的助推器,它的直径就是3.71米,装药量高达630吨,根据计算,这款预计2018年发射的火箭可以将70吨的航天器送入轨道,堪称世界之最。而欧空局所使用的阿里安-5型火箭也采用了固体发动机,配备的两枚固体助推器,直径为3.05米。除此之外,日本、印度的火箭也选择固体发动机作为助推器。