長征五號大火箭的成功首飛,，將中國送入包括美國和俄羅斯在內(nèi)的世界主流火箭陣營，全世界為之震撼,。更讓人驚嘆的是,，被稱作火箭之本的發(fā)動機，竟是在“短短”10多年間研制出來,，趕上這一歷史之戰(zhàn),，成為大火箭首飛大捷的重要功臣。
在長征五號的身上,，共配備了3種全新大推力發(fā)動機,，都是國內(nèi)首屈一指的大家伙，分別摘得我國“最大推力液氧煤油發(fā)動機”“最大推力氫氧發(fā)動機”“比沖性能最高的火箭發(fā)動機”3個桂冠,。
如果打一個比方,，這些大推力的發(fā)動機，就是長征五號的“大心臟”,，被認為是運載火箭的技術(shù)核心和技術(shù)基礎(chǔ),，其技術(shù)水平在很大程度上決定著火箭的性能、可靠性和成本等關(guān)鍵指標(biāo),。中國青年報·中青在線記者采訪相關(guān)專家,，揭秘這一大火箭“心臟”是怎樣煉成的,。
可把上海黃浦江的水打到青藏高原
從鋪天蓋地的報道里，人們對于長征五號運載火箭究竟有多大并不陌生：約57米,，立起來有20層樓高,，起飛質(zhì)量約900噸，不過,，要托舉這么重的大家伙,，并不容易。
大火箭,，離不開大推力,，而大推力，離不開發(fā)動機,。
目前,，我國現(xiàn)役火箭發(fā)動機單臺推力最大只有70噸左右，想要發(fā)射超大型航天器,，就顯得“力不從心”了,。
新型的大推力發(fā)動機應(yīng)運而生。
根據(jù)航天科技集團六院副院長周利民的說法,，由該院研制的常規(guī)推進劑系列發(fā)動機,，為“神舟”飛天、“嫦娥”奔月和多種衛(wèi)星的發(fā)射提供了動力保證,，創(chuàng)造了世界航天史上高可靠性,、高成功率的傳奇，被譽為中國的“金牌動力”,。然而,，航天人并未躺在這一榮譽中，停下研制更先進技術(shù)的腳步,。
周利民說,，經(jīng)過15年不懈攻關(guān)，8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機,，被裝配在長征五號運載火箭的4個助推器上,，4臺全新研制的氫氧發(fā)動機，則在一級和二級火箭上各裝配了兩臺,。
在長征五號首飛成功之時,，有一個說法備受矚目，即這是無毒無污染綠色環(huán)保型新一代運載火箭,、起飛推力超過1000噸、運載能力最大,，等等,。要達成這些目標(biāo),，都離不開大推力發(fā)動機的功勞。
那么,，這些發(fā)動機的威力究竟有多大,？
以120噸液氧煤油發(fā)動機為例，周利民打了個形象的比喻,，渦輪泵是發(fā)動機的動力源泉,，被稱為發(fā)動機的“心臟”，即火箭心臟的“心臟”,。這個“心臟”的最高壓強達到500個大氣壓,，相當(dāng)于把上海黃浦江的水抽到5000米高度的青藏高原。
50噸氫氧發(fā)動機,，作為長征五號的一級主動力,，也表現(xiàn)不俗。
這是我國首臺大推力,、高性能,、地面起動直接入軌的氫氧發(fā)動機。航天科技集團六院副院長李斌說,，它的研制成功,，填補了我國大推力氫氧發(fā)動機空白，使我國液體火箭推進技術(shù)的整體水平跨上一個大的臺階,。
在中國航天界,，有一句話被奉為圭臬，即“發(fā)展航天,、運載先行”“運載發(fā)展,、動力先行”。畢竟,，動力系統(tǒng)是火箭之本,。
中國工程院院士、中國運載火箭技術(shù)研究院運載火箭系列總設(shè)計師龍樂豪說,，長征五號的研制歷程就完美地印證了這句話,。早在2000年，我國先行啟動了120噸級液氧煤油發(fā)動機和50噸級液氫液氧發(fā)動機研制攻關(guān),，過了6年,，即2006年，長征五號才真正在國家層面取得正式立項,。
破解大火箭“心臟”難題
不過,，這一研制過程并不容易。
周利民有一個形象的說法，研制發(fā)動機就像攀登珠穆朗瑪峰的難度,，“一些外國專家說,，即使我們設(shè)計出來，我們也不可能把它制造出來”,。
他至今記得,，面對全新的發(fā)動機，研制團隊開始了夜以繼日的科技攻關(guān),，幾十種新材料,、100多種新工藝一一被攻克。然而,，發(fā)動機的起動成為一只最大的攔路虎,。
周利民說，所謂起動,，就類似于飛機的起飛,，而起動技術(shù)，是發(fā)動機研制的難點和關(guān)鍵,�,！耙驗樵谄痫w階段，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,，要從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn),，溫度則從常溫一下子進入到極高溫，而留給我們的控制時間,，則是以毫秒級來計的,，任何一個控制配合不好，就有可能導(dǎo)致失敗,�,！�
最初讓研制團隊備受打擊的是，發(fā)動機樣機研制出來后,，其試車結(jié)果連續(xù)4次均遭失�,。簝纱纹饎颖ǎ瑑纱稳細庀到y(tǒng)燒毀,。
周利民說,，這些對整個研制隊伍、設(shè)計隊伍信心打擊非常大,，很多人做夢都夢見爆炸的場景,，吃不下飯，睡不好覺,。
經(jīng)過一段時間的攻關(guān),，研制團隊終于摸清了發(fā)動機試車失敗的根源和發(fā)生爆炸的不同機理,，通過仿真優(yōu)化，選定最理想的啟動方案和程序,，發(fā)動機終于試車成功,。
不僅如此，凡是與發(fā)動機這個大“心臟”有關(guān)的,，都有一個個坎兒要邁，“8Hz”難題就是其中一個,。
8Hz,，聽起來比較專業(yè)，但說起它帶來的影響,，可能都有印象,。航天科技集團一院長征五號火箭動力系統(tǒng)總體主管設(shè)計師于子文說，長征二號F遙5火箭產(chǎn)生的8Hz振動,，就曾給我國第一位航天員楊利偉帶來極大的痛苦,。
這種共振就像人的心臟不停地抖動一樣，嚴重威脅生命,。同樣在火箭上,，共振會造成箭體結(jié)構(gòu)損壞，后果不堪設(shè)想,。
作為大火箭,，長征五號的體積比普通火箭更大，在飛行過程中,，就可能產(chǎn)生比長征二號F遙5火箭更強烈的振動,。要保證火箭可靠飛行，就必須抑制這一振動,。
于子文就是專門破解這個難題的,，他所在的團隊攻克了POGO穩(wěn)定性設(shè)計難關(guān)，突破了復(fù)雜動力學(xué)建模,、大型管路動態(tài)特性試驗,、大型低溫蓄壓器設(shè)計研制等關(guān)鍵技術(shù)，為長征五號火箭可靠飛行提供了強有力保障,。
重型火箭正向我們走來,，關(guān)鍵技術(shù)已在攻關(guān)
如今，長征五號成功發(fā)射,，中國從此擁有大型運載火箭,。
這個將于2017年年底擇機執(zhí)行“嫦娥五號”發(fā)射任務(wù)、2018年擇機執(zhí)行空間站工程發(fā)射任務(wù),、2020年前后執(zhí)行火星探測器發(fā)射任務(wù)的大火箭,，也為我國未來重型火箭的研制積累了相關(guān)技術(shù)，這其中就不乏發(fā)動機的技術(shù)儲備。
根據(jù)國家航天局前局長欒恩杰的說法,，長征五號的研制,，牽引出“心臟”系列化，即三型高性能新型火箭發(fā)動機,，均采用無毒無污染的推進技術(shù),。這三型發(fā)動機的研制，使我國運載推進技術(shù)水平大幅提高,。
李斌舉了一個例子,，他所在的航天科技集團六院建成了亞洲最大的火箭發(fā)動機試車臺和大功率泵試驗室，其中試車最大能力達到500推力噸級,，這為我國研制載人登月重型運載火箭的大推力發(fā)動機奠定了基礎(chǔ),。
所謂重型運載火箭，是指近地軌道運載能力達100噸級的一型火箭,，按照欒恩杰的說法,，重型運載火箭研制成功后，將滿足未來較長時期深空探測,、載人月球探測等國家重大科技活動任務(wù)需求,。
近年來，美國,、俄羅斯等世界航天強國均把發(fā)展先進的航天運載技術(shù)確立為國家的重要戰(zhàn)略,，紛紛制定和出臺了多項推動空間技術(shù)發(fā)展的航天政策和規(guī)劃。美國重型運載火箭“太空發(fā)射系統(tǒng)”已轉(zhuǎn)入詳細設(shè)計和制造階段,，俄羅斯計劃在2030年前研制出重型運載火箭并實現(xiàn)載人登月,。
長征五號首飛成功的當(dāng)天晚上，國防科工局總工程師,、國家航天局秘書長田玉龍就披露,，我國的重型火箭也已經(jīng)在路上。
田玉龍說,，國防科工局已于2010年開展重型運載火箭論證,，歷時一年形成總體方案，通過組織深化論證并經(jīng)相關(guān)領(lǐng)域院士專家咨詢,，在2015年明確了重型運載火箭技術(shù)方案,。
目前，我國已經(jīng)批準(zhǔn)重型運載火箭第一個研制階段立項研制,，即關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及方案深化論證階段,。從2015年起，利用4~5年時間,，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)工作,，集中突破一大批核心技術(shù),。
而發(fā)動機的研制，又將是其中的重頭戲,。
------------------------------我是美麗的分割線,，來源中國青年報-----------------------------------
發(fā)表于 2016-11-8 22:14:25
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