中国航展｜多项技术获得突破，中国自己的可重复使用火箭可期 ...

Summer_Rebecca

随着国内可重复使用火箭技术的发展，中国将逐渐拥有自己的可重复使用火箭。
在本届珠海航展上，中国航天科技集团展示了采用可重复使用技术的新构型重型火箭以及多款用于可重复使用火箭（飞行器）的发动机，表明中国在该领域有了更多的技术突破。
本届航展展出的重型运载火箭从外形上看最大的区别是带了栅格舵。
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& d  c% E* A3 ?重型火箭带了“格栅舵”
- u* t. J7 F! j& Z+ P, H  x本月2日，美国SpaceX公司时隔三年再度发射“重型猎鹰”火箭，火箭助推器回收没有出现意外，再次成功回收。随着“猎鹰9”火箭重复使用的成熟应用，各国已经掀起新一轮重复使用技术新的发展热潮。
自由进出空间，是航天运输系统后续发展的主要方向，发展可重复使用航天运载器则是实现自由进出空间的关键环节，实现技术突破。近年来，中国航天科技集团在该领域获得了不少技术突破。今年9月，由航天科技集团六院西安航天动力研究所自主研究设计的某型液氧煤油发动机实现重复飞行试验验证，该型发动机作为某飞行器主动力装置参加首飞试验后，经检测维护，顺利完成了重复飞行试验，这也是国内首次实现液体火箭动力的重复使用。
* U+ x, K/ I9 a( F  h在本次航展上，中国航天科技集团首次向外界展示了新构型方案的重型运载火箭。
澎湃新闻从中国航天科技集团了解到，重型运载火箭芯级箭体直径10米级，采用三级串联构型，具备芯一级可重复使用能力，可大幅提升我国进入空间和开发利用空间资源的规模和能力。近地轨道运载能力150吨、奔月转移轨道运载能力50吨、奔火转移轨道运载能力35吨，是支撑我国航天强国建设的重要标志，预计2030年前后完成首飞。
航天科技集团一院火箭总体设计师刘秉接受央视采访时表示，：“本届航展展出的重型运载火箭，从外形上看最大的区别是带了栅格舵，重要作用体现在回收利用方面。重复使用，已成为下一代运载火箭必备的特质。未来重型运载火箭必将在重复使用方面获得技术上的突破。”
- Y0 f! A: Q+ Z9 L6 D刘秉还表示，重型运载火箭的构型是在论证过程中不断筛选调整的，未来可能还会有变化。但不断突破技术难关、提高运载能力的目标是不会变的。
“重型运载火箭是我国迈向航天强国征程中的重要一步。它最新的状态是一种‘光杆’构型，在进行关键技术深化论证的过程中，攻克10米级直径的研制生产能力；另一方面，形成了更高推力、更高性能的氢氧发动机、液氧煤油发动机等先进动力技术的突破。”
新一代载人运载火箭起飞重量约2187吨，最大运载能力70吨。
除了重型运载火箭，新一代载人运载火箭和长征五号B火箭的模型也现身航展。新一代载人运载火箭是根据我国载人航天工程发展规划，为发射我国新一代载人飞船/月面着陆器而全新研制的高可靠、高安全的载人运载火箭。火箭全长约90米，起飞重量约2187吨，采用三级半构型，箭体直径5米，捆绑2个5米直径通用芯级，可将27吨有效载荷直接送入奔月轨道，或将70吨有效载荷送入近地轨道，是我国航天强国建设的重要战略支撑，预计2027年具备首飞条件。
, L& ^; `( D! i& o2 K目前，我国地球同步转移轨道的运载能力由5.5吨级提升至14吨级，近地轨道的运载能力由8.5吨级提升至25吨级。一院宇航部部长赵新国介绍，长征五号、长征五号B、长征七号、长征七号甲和长征八号火箭相继完成研制，先后成功执行了天问一号，嫦娥五号、天和核心舱，天舟货运飞船等发射任务，为我国一系列重大工程任务的顺利实施奠定了坚实基础，同时也进一步完善了我国长征系列运载火箭的型谱，整体运载能力得到了大幅提升。
首次展示重复使用发动机
/ j) f# Z0 r8 w在本届航展上，中国航天科技集团六院推出一型基于液氧煤油补燃循环泵后摆发动机改进，通过技术继承和通用化拓展的130吨级重复使用发动机，打造我国新一代载人运载火箭重复使用天地往返运输系统动力装置。
8 C- N& I# [0 Q( `2 x澎湃新闻了解到，可重复使用运载火箭的核心是先进的可重复使用动力装置。为适应运载火箭垂直回收和重复使用，130吨级重复使用发动机实现三大突破。一是通过发动机泵后摆技术和包络布局优化，实现通用5米芯级构型布置7台发动机，火箭面推力提升70%，火箭运载系数和回收能力大幅度提升。二是具备多次点火起动、低入口压力起动、大范围变推力、健康监控与故障诊断、不离箭快速简化处理等，可满足重复使用运载火箭垂直起降技术要求。三是发动机突破了推力室、发生器热载荷寿命技术，涡轮泵减振技术，长寿命自动器、轴承和密封技术等多项重复使用关键技术，满足重复飞行10次以上能力，通过简易维护实现快速发射。
据介绍，发展130吨级重复使用发动机，结合运载型号改进，首先实现一级火箭重复使用，初步实现我国垂直起降重复使用运输系统方案。通过统筹研制、技术迭代，在发展重复使用运输系统的同时，进一步提高新一代载人登月火箭可靠性。
除了130吨级重复使用发动机，该院还展示了可用于可重复使用飞行器或火箭的液氧甲烷发动机。
“有了强大的氢氧发动机，为什么还要大力发展甲烷发动机呢？”外界一直有着这样的疑问。
80吨级液氧甲烷发动机。
“性价比高。”主任设计师田原这样解释，“甲烷燃烧没有积碳和结焦现象，使用维护极为方便，便于维护这一点非常重要。飞行器飞回来以后，甲烷发动机不需要特别复杂的处理，可以再次使用，这就是甲烷发动机能够用于可重复使用飞行器的最主要原因之一。”
此外，由于液氧甲烷比冲介于液氢液氧与液氧煤油之间，使之具有较高的性价比。密度比液氢大，同等质量燃料需求体积降低，储箱体积相对较小。甲烷来源广泛、供应充足、成本低廉。“如果每一次太空运输成本得不到有效控制，那想要长远发展就不容易了。”型号调度张强说。
" _+ ~% A% l  w( S! n液氧甲烷发动机综合了氢氧发动机和液氧煤油发动机的优点，具有很强的竞争力，是未来航天动力的重要发展方向之一。拥有如此多的优点，液氧甲烷发动机成为了国内外航天动力界的“香饽饽”。从上世纪80年代开始，中国、美国、俄罗斯等多个国家都在开展液氧甲烷发动机的研究工作。在国外，已经有猛禽发动机、BE-4发动机以及普罗米修斯发动机。国内一些商业航天公司也在马不停蹄地开展着甲烷发动机设计、试验等各项工作。
澎湃新闻了解到，在“十一五”“十二五”期间，六院北京11所利用50吨级氢氧发动机的技术基础和研究平台，开展了重复使用60吨级液氧甲烷发动机技术研究，完成单台发动机13次累计2103秒重复使用试验验证，液氧甲烷发动机重复使用关键技术取得全面突破。
: k. ]0 B) u$ S2 ^& S为满足更高性能要求，以环保、重复使用、低成本、提升性能、丰富功能为目标，北京11所开始全新研制一款液氧甲烷发动机，即80吨级液氧甲烷发动机。发动机性能和功能均有显著突破，地面推力80吨，具备3-4次点火起动能力，可实现自主状态监控与故障诊断，可作为天地往返运输系统、可重复使用运载器及低成本一次性运载火箭的动力装置，应用前景广阔。
& T% W& l* ?6 f' E! T: d从2020年正式开始研制80吨级液氧甲烷发动机，试验队伍实现了发动机从零开始诞生的过程，经历了设计、评审、制造、组件试验等各个阶段，计划于年底进行全系统试验。“我们已经完成了发动机发生器与调节阀联合试验、缩比推力室试验等热试验200多次，累计1000余秒。”张强介绍，“我们研制团队都信心饱满，虽然加班是常态，但是大家都干劲十足，期待发动机尽快将飞行器送上天去。”