我國重復使用火箭研制目標確定 目前突破多項技術

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，我國正在持續開展以液氧烴類發動機為代表的火箭動力可重復使用技術研究，突破了產品不下台連續多次熱試車、大范圍推力調節、多次起動、重復使用快速處理等多項關鍵技術。

航天運輸的最大夢想是發展可重復使用運載器，實現“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展規劃，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。基於現役火箭構型，開展主發動機重復使用技術研究及適應性改進工作，近期完成回收驗証工作，解決落區安全問題﹔基於新研火箭構型，開展重復使用液氧烴類發動機研究，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形成﹔基於水平起降重復使用運載器構型，開展吸氣式組合發動機研究，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，按照規劃的3條技術路徑整體推動研究工作。但發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。

相較一次性火箭，可重復使用火箭首先要能返回、回收，這一過程對火箭發動機的推力調節能力提出了很高要求。劉志讓說，現役火箭發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維持在適當范圍內，才能保証相對充分燃燒。這就要求燃燒裝置的噴嘴流道必須能隨動調節，否則不僅無法保証對應推力流量下噴霧混合燃燒質量，甚至可能會出現中低頻振動或高頻燃燒不穩定，導致產品結構破壞。

一次性火箭發動機可能工作幾分鐘就完成了使命，重復使用發動機的工作壽命則需要大大增加。這要求發動機設計理念從強度設計向壽命設計轉變，並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，需要對發動機結構進行考核。發動機工作一次以后，對發動機狀態進行快速評估，包括結構完好性、密封可靠性等。此外，腔道裡會殘留許多物質，是否需要清洗、清洗到什麼程度、有沒有化學反應或腐蝕問題等等，都需要深入研究。“從長壽命設計，到確保結構可靠性和質量穩定性，這都是難題。”他說。

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

記者了解到，組合循環動力如果研發成功，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。（記者 付毅飛）