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中国新一代液氧煤油发动机1:中美俄发动机现状
时间:2014-10-25 18:38 作者:李 斌 张小平 马冬英 浏览读取中…

航天活动需要先进的火箭发动机,载人航天等重大航天活动更需要高可靠性、高安全性、高性能、低使用成本的火箭发动机。上世纪五十年代末,苏联研制了RD-107、RD-108 和RD-0110 液氧煤油发动机,用于东方号、联盟号等运载火箭,开创了人类载人航天的历史,联盟号火箭至今依然是载人航天的主要运载工具。六十年代,美国研制了推力 6900 kN 的 F-1 液氧煤油发动机,实现了载人登月的伟大壮举。同时期,苏联研制了推力 1500 kN 的 NK-33 液氧煤油发动机,用于 N-1 载人登月火箭。八十年代,美国研制了航天飞机及其大型固体发动机和 SSME 氢氧发动机,支撑了美国三十年的载人航天。与此同时,苏联研制了RD-170 液氧煤油补燃循环发动机,用于能源号运载火箭。苏联解体后,能源运载火箭停止使用,但是以RD-170 发动机为代表的航天动力技术使俄罗斯保持着航天大国的地位。

2011 年,因使用、维护费用过高等问题,美国将航天飞机退役,并开始研制新的重型运载火箭SLS。动力方面,SLS 近期采用现有的固体助推级和液氧液氢发动机,并同步启动了大推力液氧煤油发动机研制,将 F-1 液氧煤油发动机改进为推力8000 kN 的 F-1B 发动机,开始研制推力 4450kN 的 AJ-1-E6 液氧煤油补燃循环发动机,计划在2023 年后优化 SLS 运载火箭动力结构。近年来美国 SpaceX 公司的猎鹰 9、轨道科学公司的阿塔瑞斯运载火箭分别发射了龙飞船和天鹅座飞船,用于国际空间站补给。猎鹰 9 火箭采用 Mer-lin 液氧煤油发动机,阿塔瑞斯火箭采用俄罗斯的NK-33 液氧煤油发动机。

纵观国外载人火箭,其主发动机的组成包括三种模式: 全液氧煤油发动机、液氧煤油发动机加氢氧发动机、固体发动机加氢氧发动机。其中,联盟号、猎鹰 9 等运载火箭采用了全液氧煤油发动机模式,效费比最高,符合可靠性高、无毒环保、性能高、成本低、使用维护便捷的发展趋势。

以 YF-20 系列四氧化二氮/偏二甲肼发动机为动力,我国成功实现了国人的飞天梦想。上世纪九十年代以来,我国开始研究新一代液氧煤油发动机,通过方案论证、技术引进、关键技术攻关和工程研制,目前已完全掌握了液氧煤油补燃循环发动机的关键技术。其中,1200 kN 发动机研制中突破了 34 项关键技术,开发了 48 种新材料。目前,1200 kN 和 180 kN 液氧煤油发动机基本研制完成,即将用于新一代运载火箭。

液氧煤油补燃循环发动机的研制,使我国在液体火箭技术领域实现了重大跨越,成为世界上第二个掌握此项技术的国家,实现了我国运载火箭的更新换代,将为我国新一代载人火箭提供强大的动力。

(作者系:西安航天动力研究所)

延伸阅读:

· 中国新一代液氧煤油发动机5:在长征567号上的应用
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