作者:付毅飞 来源:科技日报 发布时间:2018/3/7 13:57:54
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我国重复使用火箭研制目标确定

 

全国人大代表、中国航天科技集团六院院长刘志让日前向科技日报记者透露,我国正在持续开展以液氧烃类发动机为代表的火箭动力可重复使用技术研究,突破了产品不下台连续多次热试车、大范围推力调节、多次起动、重复使用快速处理等多项关键技术。

航天运输的最大梦想是发展可重复使用运载器,实现“快速、廉价、可靠”的进出空间。国际上,SpaceX、蓝色起源等公司率先在火箭部分回收和重复使用方面取得了成功。

刘志让介绍,我国也制定了重复使用运载器的发展规划,按照近、中、远期的目标提出3条技术途径,同步开展工作,梯次形成能力。基于现役火箭构型,开展主发动机重复使用技术研究及适应性改进工作,近期完成回收验证工作,解决落区安全问题;基于新研火箭构型,开展重复使用液氧烃类发动机研究,支撑垂直、水平等多种回收方案,中期具备一二级火箭重复使用能力,推动两级入轨航天运输产业形成;基于水平起降重复使用运载器构型,开展吸气式组合发动机研究,远期形成单级入轨运载器的工程应用。他表示,六院已将重复使用航天液体动力作为重点,按照规划的3条技术路径整体推动研究工作。但发动机在所有热机中工作条件最为严苛,为重复使用带来了很大挑战。

相较一次性火箭,可重复使用火箭首先要能返回、回收,这一过程对火箭发动机的推力调节能力提出了很高要求。刘志让说,现役火箭发动机具备一定变推能力,可将推力降低到额定推力的70%左右,但要满足回收要求,需要将推力降低到额定的40%甚至30%。变推范围越大,设计难度越大。

以发动机燃烧装置为例,从一般原理上讲,要适应推力变化必须调节燃料流量,即在喷射流量大幅变化的情况下,将参混燃烧的压力等参数维持在适当范围内,才能保证相对充分燃烧。这就要求燃烧装置的喷嘴流道必须能随动调节,否则不仅无法保证对应推力流量下喷雾混合燃烧质量,甚至可能会出现中低频振动或高频燃烧不稳定,导致产品结构破坏。

一次性火箭发动机可能工作几分钟就完成了使命,重复使用发动机的工作寿命则需要大大增加。这要求发动机设计理念从强度设计向寿命设计转变,并需要解决结构可靠性、健康管理、使用维护与快速检测、寿命预测与评估等技术。

刘志让表示,为满足重复使用要求,需要对发动机结构进行考核。发动机工作一次以后,对发动机状态进行快速评估,包括结构完好性、密封可靠性等。此外,腔道里会残留许多物质,是否需要清洗、清洗到什么程度、有没有化学反应或腐蚀问题等等,都需要深入研究。“从长寿命设计,到确保结构可靠性和质量稳定性,这都是难题。”他说。

此外,刘志让透露,六院瞄准更遥远的未来,开展了组合循环动力技术的研究和地面集成试验。该技术拟将航空发动机、冲压发动机和火箭发动机结合,在大气层内外不同环境下各展所长。他表示,3种动力形式都在不断发展,如果能组合在一起将是极大的创新,但要实现整个结构效益最大化、飞行轨道最优化以及良好的经济效益,还面临多重难关。

记者了解到,组合循环动力如果研发成功,可支持水平起降天地往返重复使用飞行器的服役,将大大提高快速进出空间的能力。(科技日报北京3月6日电)

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