中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

科技     2021年10月27日

火箭發射離不開發動機,目前我國的常用運載火箭用的大多是液體發動機,使用的都是煤油、液氧、液氫、甲醇、乙醇、二甲肼、甲烷等液態燃料,只有長征十一號、捷龍和快舟系列等少數火箭使用的是固體發動機,但長征十一號使用的固體發動機推力只有200噸,其他的固體發動機推力更小,相比之下它們都屬於小推力運載火箭。不過近日國內不少媒體稱我國自主研製的目前世界上推力最大的整體式固體火箭發動機試車成功,堪稱是我國在這一領域的重大好消息。先來看圖片:

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

這款火箭發動機由航天動力技術研究院主導研製,推力達500噸,裝藥量150 噸,推力效能相當高,它的直徑3.5米,比我國長征五號火箭之外的其他火箭箭體都粗。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

報道稱它還採用了高性能纖維復合材料殼體和高裝填整體澆注成型的燃燒室,末端是超大尺寸的噴管,可謂集多項先進技術於一身,兩台這樣的發動機的推力就達到了我國目前最大火箭長征五號的推力水平,要知道長征五號一級火箭是有著10台液體發動機的。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

這款固體發動機研製成功,那麼它將成為我國推力最大的火箭發動機,超過我國目前正為長征九號研製的YF-480液氧煤油火箭發動機(海平面推力480噸),預估它不但會用在火箭發射上,安裝在其它事物上的機會或更多,您猜會是什麼呢?

不少媒體稱這款發動機的綜合性能已達到固體發動機領域的世界領先水平,也有不少人稱這款發動機是「世界第一」,但若現在就這麼說,不免有些誇大了,僅從推力方面來說,還需要大幅提升才行。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

上圖中間為長征九號火箭模型,其兩旁為長征五號模型。

就目前而言,要說航天運載火箭用的固體發動機哪家強?還是以老美為第一,美國宇航局的SLS(太空發射系統)重型運載火箭的兩個助推器就是固體發動機,其單台推力高達1600噸,是我國這款固體火箭發動機推力的3倍多,比我國目前最大的運載火箭——長征五號的總推力還大了五六百噸,它也是目前全球推力最強的固體火箭發動機。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

美宇航局SLS運載火箭發射模擬圖,兩側是固體火箭助推器

美國宇航局這款固體發動機脫胎於1981年就首飛的太空梭的固體火箭助推器SRB,其當時的推力就已經達到了達1245噸(一說1379噸),之後經過不斷改進,太空梭退役後如今改作SLS的助推器,推力已提升到1600噸。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

美宇航局太空梭助推器發射時的情景

然而它還並非史上推力最大的固體發動機,早在20世紀60年代,也就是大概60年前,美國參與登月火箭發動機製造的Aerojet公司就製造了推力超1600噸(一說2600噸)的AJ260固體火箭發動機,其直徑達6.6米,燃燒室長約24米,而且據說也是整體式的,不過這款固體發動機並沒有使用到火箭發射活動中,競標中敗給了F-1液體發動機,後者推力約680噸,土星五號運載火箭上安裝了5台。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

世界上絕大部分的火箭都是用液體發動機發射的,固體發動機多用於飛彈用途,而熱衷於使用固體發動機發射火箭的國家和地區主要是美國、歐洲和印度,除了上面介紹過的兩款固體發動機,美國還有SRMU型固體發動機,直徑3.2米,裝藥量312噸,長38.4米,推力756噸;而歐洲EAP P241固體發動機,直徑3.06米,裝藥量265噸,長31.6米,推力708噸;印度S200固體發動機,直徑3.2米,裝藥量206.7噸,長度25.75米,推力357.8噸。所以單從推力上來看,我國這款500噸級固體發動機的推力僅比印度的高一些。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

印度GSLVmk.3火箭構型,兩側是其固體助推器

不過比較固體發動機性能也不能單看推力,也要看設計和長度等參數,我國這款500噸級的是「整體式」固體發動機,而美國的SLS助推器固體發動機是分段式固體發動機,它之所以推力大,主要原因也是因為夠粗,夠長,裝藥量夠多,其直徑達3.7米,長度54米,裝藥量628噸,所以推力才達到了1600噸。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

美宇航局SLS運載火箭的固體火箭助推器及分段式結構示意圖

而我國這款固體發動機直徑3.5米,長度僅12.7米左右,裝藥量僅150噸,推力500噸已經是很不錯的成績了,如果說在同直徑、同長度和同裝藥量的條件下,它的參數算是世界第一,而且它是整體的,不是分段式的,說明其提升空間很大,這一點也足夠優秀,而且它的殼體和燃燒室材質和設計很可能是世界最先進的。所以評價這款火箭發動機可以說是論推力剛趕超印度,論潛力則領先全球。

中國最大固體發動機試車成功,論推力剛超該國,論潛力領先全球

但畢竟發動機首先還是要看推力的,而通過後續改進,這款固體發動機的推力應該能大大增加,航天動力技術研究院在發布消息時也說將來還要打造推力超千噸的固體發動機推力,這還是有一段路要走的,讓我們期待這一目標更早實現吧。

參考資料:

《西安晚報》10月19日文章《500噸!世界最大推力整體式固體火箭發動機在西安地面熱試車成功》