液体火箭主发动机技术现状及发展建议

液体火箭主发动机技术现状及发展建议

宋波，程磊

陕西星际荣耀空间科技有限责任公司  陕西.西安  710000

摘要：航天事业不断发展，使人们在征服太空与开发利用空间事业中取得重大进步与巨大成就。航天技术迅速发展与进步，一定程度上受到火箭推进技术的影响。世界各国均研制出一系列液体火箭发动机设备，使用此类发动机所组成的航天运载火箭，促使人造地球卫星顺利发射，也实现人类登上月球及火星探测还有全球卫星通信与电视传播的目标，构建一个世界区域性因特网，促进人类文明进步与发展。不过，要想实现航空航天事业的长远发展目标，还需加强对重复使用航天运载器关键技术的研究，掌握重复使用航天航空运载器关键发展趋势，以此重复利用该技术发展航空航天及其相关事业。

关键词：液体火箭；主发动机技术；现状；发展；建议

前言：未来几十年中我国航空航天事业将以商业服务开发与发射机和平运用空间资源为目的，并且估测到二十一世纪后，整个世界中各个航天国家会逐渐对载人航天达成一个公式，满满的实现3步曲：一为基本构建完成一个大型的国际性空间站；二为构建一个月球永久性的研究基地与工厂；三为人们可以登录到火星。关于未来航空航天发展主要特点，在研究后给出这样观点：致力于对能够重复使用与高性能和低成本以及高可靠性，便于维护的航天运载器关键技术的研究，以此来保持我国航天大国的地位，缩小和国际先进水平之间差距。

一、液体火箭主发动机技国内外现状研究

液体火箭最核心的部件是发动机，发动机设备是从第二次世界大战开始陆续进入到实用阶段，采用系统循环的方式与燃烧室压力等方式与其所使用的推进剂再一次证明该技术的进一步发展和飞跃。因为该推进剂较为新颖，提高了燃烧室的压力，一定程度上提高了发动机的推力，这就需要应用很多新技术来解决技术问题[1]。

单台发动机的推力与燃烧室的压力要素美国与苏联这两个国家是最高的。美国研制出不同类型航天运载工具与不同型号液体火箭的发动机设备，包括大力神以及宇宙神、H-1、F-1还有J-2、各类军用与民用卫星与载人飞船的发射等。俄国在与美国共同研制RT-500三组元推进剂的发动机，并且在此基础上不断完善和优化现有的发动机，不断增强发电机可靠性，控制成本造价最低。依据各类推进剂单台发动机与燃烧室的压力来看，目前我国能够贮存的推进剂相比法国还要高一些，而日本这个国家并未做到这些，但是日本的液氧与没有发动机远远不及日本。法国的氢氧发动机远远不及法国，更不如日本以及美国与苏联。我国的发动机系统的工作循环仅有发生器循环不及美国以及苏联和日本。

美国Space X 公司的猛禽发动机是世界上第一种实用化的全流量分级燃烧的液氧甲烷火箭发动机。从梅林-1C到1D的研发中，Space X实现了再生喷嘴、SX300、SX500单晶镍合金等一系列设计、工艺的技术创新实现了涡轮泵、燃烧室升级迭代，猛禽发动机选用的构型，是效率最高、技术难度最大的全流量分级燃烧循环（FFSCC），为此也要克服最多的技术难题。之前世界上相同构型的发动机只有两款，一款是苏联的最强毒发RD-270，刚测试成功就因美国抢先完成登月而放弃；另一款是美国在2006年开发出来的集成动力验证器，听名字就知道只是个技术验证平台。使用猛禽发动机的星舰，是全球唯一准备实用的全流量分级燃烧循环发动机火箭。

我国的航天技术不断发展受到火箭推进技术不断发展影响与其推动。整个世界范围内多个航天大国纷纷研制不同系列液体火箭发动机，运用此类发动机组建一个用途十分广泛并且功能完善的运载火箭，使人造地球卫星从地球的发射成为可能，也发展我国载人航天事业与人类登上月球及火星探测的发展目标。而且在全球卫星通信及电视传播以及全球性因特网建设等方面也取得重大进步，拉动了人类社会文明进步与发展，取得良好经济与社会效益[2]。

我国最新的航天登月火箭是长五并联登月版的“921”火箭（CZ-5DY），拟采用480吨YF-100K液氧煤油发动机主推、220吨YF-100M氢氧发动机，500吨级固体发动机作为助推，代表了我国火箭发动机的最高水平。如下图所示，我国新一代登月火箭用液体发动机方案示意图。

我国新一代登月火箭用液体发动机方案示意图

未来我国的航天事业会朝向更好的方向发展，在发展过程中会以商务性服务为主导，提供商业服务发射与开发还有空间资源的和平利用[3]。

二、液体火箭主发动机技术现状及发展建议

（一）不断提高现有火箭技术可靠性与运载能力

如今的人物是要进一步统筹规划，并且充分利用欧空局的“阿里安”运载火箭技术优势与发展经验，采取通用化与系列化以及组合化等方法，采取标准的模块化设计方式，保障发动机可以做到“一机多用”，确保运载火箭能够实现“一箭多用”的目的，以此类集中力量不断增强运载火箭可靠性及安全性。利用高可靠性与安全性来赢得市场，更好满足我国及国外一些国家发射用户实际需求[4]。

（二）把无毒推进剂作为发动机的基础，完善和改进现有的运载火箭

为了提高运载火箭在发射市场中竞争力，控制发射费用的最低，并且持续增强发动机可靠性，长期以来都是各国十分关注的内容和长期追求的发展目标。在我国现有的运载火箭与液体火箭的发动机功能与所使用技术基础上，换成煤油与液氧推进剂发动机，配合做好系统和结构的改造工作，可控制成本的最低，并且实现安全使用与无毒无污染及便捷操作目的[5]。

（三）加强对新一代液体氧与煤油以及液氢类型发动机研究

加强对新一代液氧与煤油以及液氢类型发动机设备与先进技术的研究，运用补燃循环，使燃烧压力进一步提高，增强了发动机的性能。便于组建一个新一代的运载火箭，便于完成我国的LEO与GTO轨道不同载荷的发射任务。此外，新型火箭也应尽可能的 采取“三化”这一原则，应用少数标准，类型发动机，通过对模块的合理化组合，便于形成各类以及不同用途和各系列火箭。加强对此方面研究，对保持我国的航天大国的地位以及争取更多商业化发射份额发挥重要意义。还可以带动其他方面的发展，如，促进我国技术的发展，拉动我国国民经济的发展等。新一代系列火箭的研制，也锻炼并且培养新一代的航天新人，为我国航空航天事业财运发展储备人才[6]。

结束语：总的来说，未来我国航空航天事业要想更好发展，首先要做的就是依据自主研制与自力更生的技术研制与开发原则，坚持独立创新，此外也要争取和国际的合作，主动的引进与吸收国外的先进科学技术，充分借鉴国外成熟研制经验，并且逐步发展和形成一个我国自主研发的，低成本与无毒无污染和高可靠性并且良好满足我国未来空间发射现实需要运载器系列，指导最后实现最大限度及完全重复使用这一目标。

参考文献：[1]TAN Yonghua,ZHAO Jian,CHEN Jianhua,XU Zhiyu. 中国航天主动力液体火箭发动机技术进展（英文）[J]. Aerospace China,2020,21(02):23-30.

[2]李进贤,岳春国,唐金兰,冯喜平. 变推力液体火箭发动机技术现状与发展探索[A]. 中国宇航学会深空探测技术专业委员会国防科学技术工业委员会科技与质量司:中国宇航学会深空探测技术专业委员会,2006:370-374.

[3]刘国球,胡平信. 液体火箭发动机技术的回顾与展望[J]. 推进技术,1998,(04):3-7.