中国版“猛禽”火箭发动机已取得重要进展!不必过度神化“星舰”

科技解析站 2023-11-29 23:14:53

11月18日,在第二次试飞中,Space X公司研制的“星舰”超重型运载火箭一级33台发动机全部正常启动,全部坚持到一级和二级分离。这个成就堪称史无前例。很多网友被“星舰”惊人的技术指标深深折服。

“星舰”2次试射一级发动机对比照片

不可否认,“星舰”性能确实强悍,但实际上,除了它采用的“猛禽”全流量液氧甲烷火箭发动机之外,它的亮点并不多。

实际上,“星舰”最厉害的地方并非技术创新,而是技术整合。

根据Space X公司公布的消息,“星舰”箭体材料采用的是造价十分低廉的“不锈钢”,相比之下,其他火箭采用的是成本更高,但性能更好的铝合金,甚至碳纤维。实际上,除了发动机之外,星舰其他零部件或者材料并没有什么亮点,反而是性能十分普通。

“星舰”箭体焊接现场照片

即便是全流量分级燃烧火箭发动机,也并非Space X公司首创。

全流量分级燃烧火箭发动机是一种同时集成“富燃预燃室”和“富氧预燃室”的闭式循环火箭发动机。人类最初研制出来的分级燃烧火箭发动机采用的是“富燃预燃”设计,通过“富燃预燃室”产生动力,驱动涡轮泵,产生巨大压力来泵送燃料和氧化剂。在氧化剂不充足的环境下,还是有很多金属能够承受几百℃高温,还能保持足够的强度。然而,当氧化剂过量时,绝大多数金属在几百℃高温条件下都非常容易被液氧腐蚀。因此,当时的科学家大都认为这种合金是无法研制出来的。然而,前苏联的科学家最终还是出乎意料地研制出来这种能够在液氧环境下承受几百℃的特殊合金。于是,上世纪60年代,前苏联率先在全世界研制出采用“富氧预燃”设计的高压补燃火箭发动机。

由于当时前苏联已经掌握采用“富燃预燃”设计的高压补燃火箭发动机。于是,前苏联率先提出了“全流量分级燃烧火箭发动机”设想,并立项研制RD-270全流量分级燃烧火箭发动机,并研制出了可以运行的样机。十分可惜的是,后来因为某些原因,前苏联主动终止了这款发动机的研制工作。

“星舰”所采用的“猛禽”全流量分级燃烧液氧甲烷火箭发动机与RD-270的工作原理并没有什么不同,都是同时集成了“富燃预燃室”和“富氧预燃室”,两者最大的差别只有燃料不同而已。因此,即便是“星舰”引以为傲的“全流量分级燃烧火箭发动机”也并非Space X首创,本质上仍然属于已有技术的整合改进。

“猛禽一代”和“猛禽二代”参数对比

当然,虽然“星舰”几乎没有什么首创技术,但它确实是一款非常出色的运载火箭。低廉的造价令其他国家现有运载火箭毫无竞争力,史无前例的运力令以前研制的运载火箭相形见绌。

或许是因为“星舰”首创的技术很少,即便Space X开放所有技术专利实际上与不开放技术专利并没有太大区别,因此Space X干脆选择开放。当然,这一点仍然值得我们为它点赞,毕竟也不是每家公司都有这个魄力的。

“星舰”采用的全流量分级燃烧火箭发动机研制难度不小,但我国已掌握关键技术。

虽然“星舰”技术指标非常高,但研制技术门槛反而没有很高,只要能够研制出一款全流量分级燃烧火箭发动机,那么我国长征九号运载火箭就能摇身一变,成为中国版“星舰”。

2022年珠海航展上展出的新款“长征九号”运载火箭模型

前面提到,全流量分级燃烧火箭发动机技术难点在于“富燃预燃室”和“富氧预燃室”。自从我国研制出YF-100高压补燃液氧煤油火箭发动机技术之后,就标志着我国已经掌握了这两种预燃室的全套技术。那么对我国来说,研制出“全流量分级燃烧火箭发动机”就不再是技术问题,而是需求问题。只要国家一声令下,我国很快就能研制出这种被众多网友吹捧的火箭发动机。

实际上,早在2021年,我国就有中国版“猛禽”分级燃烧液氧甲烷火箭发动机的研制计划。

根据航天科技集团六院公布的“八年九机”计划,我国计划在2028年前造出9款不同型号的火箭发动机,其中就有一款中国版“猛禽”全流量分级燃烧火箭发动机,编号为YF-215,推力达200吨级,而且样机照片已曝光。

“八年九机”计划官方宣传视频截图

今年5月西安航天动力研究所《我国液氧甲烷发动机技术发展概述》论文显示:我国200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机海平面推力2000kN,室压达到25Mpa。目前研究院已完成发动机方案论证,成功完成了火炬点火器热试、燃气发生器缩尺件热试及推力室缩尺件热试考核。

YF-215缩比验证机整机热试车照片

其实我们不必神化“星舰”,更不必神化它采用的“猛禽二代”火箭发动机。根据我国航天部门公布的消息,海平面推力高达5000kN的YF-130已经完成首次全尺寸热试车,推力远高于推力为2254kN的“猛禽二代”全流量液氧甲烷火箭发动机,创造了多项世界之最。从技术难度来看,推力更大的YF-130的研制难度未必会低于“猛禽二代”。

2022年,我国海平面推力达5000kN的YF-130试车照片

综上所述,目前我国已经具备研制全流量分级燃烧火箭发动机的技术能力,造出中国版“猛禽”发动机也只是时间问题,我们完全不必神化“星舰”。

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