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  • 1 # 魑魅涅槃

    最近中國民營航天企業——藍箭航天自主研製的10噸級“天鵲”液氧甲烷發動機完成新一輪點火試驗,單次試車時長4000秒,單臺試車時長突破萬秒大關,全面重新整理了中國泵壓式液體火箭發動機試車的紀錄,發動機設計、生產、裝配質量和工作可靠性得到了充分考核。看到這條新聞的時候我想大部分人和筆者一樣既覺得高興又有點說不出的疑慮存在。

    首先高興的是這次4000秒無故障地面試車取得成功,畢竟這是中國民營航天取得了的巨大進步,對於中國民營航天發展而言卻是巨大的進步,火箭發動機的長時間地面試車取得成功,不僅寓意著中國民營航天已經成功實現了萬里長征路途中最關鍵的一步,為後續中國民營航天發展取得巨大勝利奠定基礎。但是另一方面火箭發動機在正常發射過程中工作時間都不是很長,比如發射近地軌道航天器時芯一級和助推器火箭發動機工作時間一般只有200秒左右,就算是長征五號的芯一級裝備的YF77也工作時間不過300秒左右,為什麼地面試車時要連續試驗幾千甚至上萬秒呢?

    其實火箭發動機地面試車時間往往都要比正常發射時長增長几百甚至幾萬倍,背後的原因就是想要藉助更長時間的地面長時間連續點火試驗來驗證火箭發動機的安全可靠性。因為火箭發動機雖然從點火到發動機停機只有兩三百秒時間長,但是從發動機地面點火開始到隨著火箭飛行速度和高度不斷提升的過程中,火箭發動機無論是整個發動機本體在起飛爬升過程中,發動機推力變化、比衝變化、發動機本體的溫度變化,還是火箭發動機核心的渦輪泵能否持續保證十幾萬轉的高轉速、內部壓力能否在持續幾十兆帕的壓力下不會發生故障、火箭發動機噴管能否在持續工作的幾百秒內受外界氣壓、溫度變化依然保證高效工作不出現問題,都是需要提前在地面驗證成功的,畢竟火箭發射升空後有問題就真的只能看一場煙花了。

    所以此次藍箭航天成功實現地面持續點火4000秒無故障順利停機,不僅重新整理了2020年7月份創下的3000秒持續點火無故障記錄,更長的持續點火時間更意味著天鵲這款發動機的整體可靠性已經更高更好,距離搭載天鵲發動機的朱雀二號運載火箭成功推向商業航天市場更近了。

    從時間來說的話,4000秒換算成小時的話就是1.11小時,這個時間比整個火箭從地面點火到航天器成功進入近地軌道的時間長了一倍以上,可能很多人覺得這個時間長的有點多餘了。其實翻開以往火箭發動機的研發歷程會發現,我們大家熟悉的火箭發動機的地面持續點火時間都非常長,比如執行阿波羅載人登月發射任務的土星五號超重型運載火箭13次發射能夠取得全部成功,就是因為其芯一級裝備的F-1液氧煤油火箭發動機地面試車時間長達25萬秒,更長的地面點火時間更安全可靠的驗證了F-1火箭發動機的安全可靠性,將各種風險都留在了地面,所以土星五號雖然起飛重量高達3400噸以上,但是整個發射生涯中13次發射卻都取得了成功的背後,離不開地面試車時長達25萬秒的持續點火試車。其他像太空梭使用的SSME發動機地面試車時間也長達11萬秒,中國長征七號上面級採用的YF115氫氧火箭發動機地面試車時間也高達10萬秒,就算是長征五號助推器和長征七號採用的YF100液氧煤油火箭發動機地面連續試車時間都超過了4萬秒。

    而天鵲火箭發動機地面試車時間超過4000秒以上對於藍箭航天而言,藍劍航天作為中國第一家民營航天企業,該公司主營業務就是執行商業航天發射,所以火箭從一開始為了增大市場競爭力和降低發射成本從一開始就採用了回收重複使用技術,那麼對於需要承擔起飛和降落時推力輸出、同時又要滿足幾十次重複使用需求,所以火箭發動機不光要具備長時間工作狀態,而且在更長工作時間裡,無論是推力、比衝還是任何一個零部件都要執行更為穩定可靠。

    按照藍箭航天的計劃,朱雀二號運載火箭未來商用後具備重複使用30+以上的能力,按照這個發射壽命計算的話,火箭每次發射時天鵲發動機工作280秒左右,30次發射就需要8400秒以上,如果再加上安全餘量的話,天鵲這款火箭發動機至少要實現持續地面試車時長超過12000萬秒以上,才能真的滿足火箭重複使用30次以上的發射訴求。

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