我國重復使用火箭研制目標確定

全國人大代表、中國航天科技集團六院院長劉志讓日前向科技日報記者透露，我國正在持續(xù)開展以液氧烴類發(fā)動機為代表的火箭動力可重復使用技術研究，突破了產品不下臺連續(xù)多次熱試車、大范圍推力調節(jié)、多次起動、重復使用快速處理等多項關鍵技術。

航天運輸?shù)淖畲髩粝胧前l(fā)展可重復使用運載器，實現(xiàn)“快速、廉價、可靠”的進出空間。國際上，SpaceX、藍色起源等公司率先在火箭部分回收和重復使用方面取得了成功。

劉志讓介紹，我國也制定了重復使用運載器的發(fā)展規(guī)劃，按照近、中、遠期的目標提出3條技術途徑，同步開展工作，梯次形成能力?；诂F(xiàn)役火箭構型，開展主發(fā)動機重復使用技術研究及適應性改進工作，近期完成回收驗證工作，解決落區(qū)安全問題；基于新研火箭構型，開展重復使用液氧烴類發(fā)動機研究，支撐垂直、水平等多種回收方案，中期具備一二級火箭重復使用能力，推動兩級入軌航天運輸產業(yè)形成；基于水平起降重復使用運載器構型，開展吸氣式組合發(fā)動機研究，遠期形成單級入軌運載器的工程應用。他表示，六院已將重復使用航天液體動力作為重點，按照規(guī)劃的3條技術路徑整體推動研究工作。但發(fā)動機在所有熱機中工作條件最為嚴苛，為重復使用帶來了很大挑戰(zhàn)。

相較一次性火箭，可重復使用火箭首先要能返回、回收，這一過程對火箭發(fā)動機的推力調節(jié)能力提出了很高要求。劉志讓說，現(xiàn)役火箭發(fā)動機具備一定變推能力，可將推力降低到額定推力的70％左右，但要滿足回收要求，需要將推力降低到額定的40％甚至30％。變推范圍越大，設計難度越大。

以發(fā)動機燃燒裝置為例，從一般原理上講，要適應推力變化必須調節(jié)燃料流量，即在噴射流量大幅變化的情況下，將參混燃燒的壓力等參數(shù)維持在適當范圍內，才能保證相對充分燃燒。這就要求燃燒裝置的噴嘴流道必須能隨動調節(jié)，否則不僅無法保證對應推力流量下噴霧混合燃燒質量，甚至可能會出現(xiàn)中低頻振動或高頻燃燒不穩(wěn)定，導致產品結構破壞。

一次性火箭發(fā)動機可能工作幾分鐘就完成了使命，重復使用發(fā)動機的工作壽命則需要大大增加。這要求發(fā)動機設計理念從強度設計向壽命設計轉變，并需要解決結構可靠性、健康管理、使用維護與快速檢測、壽命預測與評估等技術。

劉志讓表示，為滿足重復使用要求，需要對發(fā)動機結構進行考核。發(fā)動機工作一次以后，對發(fā)動機狀態(tài)進行快速評估，包括結構完好性、密封可靠性等。此外，腔道里會殘留許多物質，是否需要清洗、清洗到什么程度、有沒有化學反應或腐蝕問題等等，都需要深入研究?！皬拈L壽命設計，到確保結構可靠性和質量穩(wěn)定性，這都是難題。”他說。

此外，劉志讓透露，六院瞄準更遙遠的未來，開展了組合循環(huán)動力技術的研究和地面集成試驗。該技術擬將航空發(fā)動機、沖壓發(fā)動機和火箭發(fā)動機結合，在大氣層內外不同環(huán)境下各展所長。他表示，3種動力形式都在不斷發(fā)展，如果能組合在一起將是極大的創(chuàng)新，但要實現(xiàn)整個結構效益最大化、飛行軌道最優(yōu)化以及良好的經濟效益，還面臨多重難關。

了解到，組合循環(huán)動力如果研發(fā)成功，可支持水平起降天地往返重復使用飛行器的服役，將大大提高快速進出空間的能力。