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８年９机，全面对标美国！２０３０年我国有望成为火箭发动机强国
原创2022-10-06 20：07·科技解析站
八年是指：2021年至2028年。 九机是指： 1、200吨级液氧甲烷发动机；2、500吨级液氧煤油发动机；3、220吨级液氢液氧发动机；4、大推力液氧煤油发动机；5、大推力常规发动机；6、85吨液氧煤油发动机；7、80吨级液氧甲烷发动机；8、8吨常规发动机；9、25吨液氢液氧发动机 很多网友看完介绍仍然是一头雾水，搞不懂这九机到底是哪九个型号火箭发动机，都是什么类型的火箭发动机。 针对这个问题，本文将通过系列分析，告诉大家这九型火箭发动机最有可能是什么样的火箭发动机。 一、长征9号运载火箭的芯级三款发动机，目前均已经接近研制成功。 上面提到的第2、第3、第9型发动机与官方公布的长征9号运载火箭芯级三款发动机高度相似，推力指标也一样，预计这三款发动机分别是YF130高压补燃液氧煤油火箭发动机、YF90高压补燃液氧液氢火箭发动机、YF79闭式膨胀循环火箭发动机。
其中YF130高压补燃液氧煤油火箭发动机和YF90高压补燃液氧液氢火箭发动机均已经完成全工况半系统试车，而难度最大的YF79反而进展最快，目前已成功进行首次整机热试车。 据中新网报道，2021年3月5日，长征九号芯一级和助推器上安装的高压补燃液氧煤油火箭发动机成功进行了首次全工况半系统试车，单台推力达500吨级。2021年9月23日，220吨级补燃循环氢氧发动机成功进行了首次全工况半系统试车。2022年9月6日，25吨级闭式膨胀循环氢氧发动机首次整机热试车圆满成功，标志着我国成功研制出世界上推力最大的闭式膨胀循环液氧液氢火箭发动机。 完成全工况半系统试车就意味着我国已经攻克了这两型液体火箭发动机最难的动力涡轮技术，今后一旦发动机试车台就位，装上喷管之后，就能立即开展整机热试车。 2022年4月，国内专业期刊《火箭推进》刊发了3篇重磅研究论文，分别介绍了这三款火箭发动机的最新研制进展。 其中提到，YF130海平面推力达到5000千牛左右，相当于510.2吨，竟然远高于当初定下的480吨指标，推重比高达73以上，单室推力高于前苏联研制的神器RD180，堪称世界之最，按照长征9号运载火箭助推器加芯级共12台YF130计算，其起飞推力将高达6122.45吨；YF90真空推力达到2200千牛，主要指标与当初定下的指标基本相符；YF79真空推力达到250千牛，与当初定下的指标基本相符，但比冲略差，仅455.2秒，低于当初定下的460秒指标，根据论文资料来看，主要原因还是其膨胀比选取值较低导致的。 二、200吨级全流量分级燃烧液氧甲烷火箭发动机，对标美国Space X公司的猛禽发动机。 官方杂志《科学中国人》在2022年4月14日曾发布了一篇名为《航天六院王春民：以持续创新锻造问鼎太空力量之源》的文章，文中提到：为满足我国空间站建设、载人登月、深空探测等重大科技专项对液体火箭发动机的发展需求，十一所正围绕常温推进剂发动机、液氧煤油发动机、武器姿轨控发动机、冲压及组合动力发动机等领域开展全方位布局，开展百吨级常温某型发动机、500吨级液氧煤油发动机、200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机等型号研制工作，全力助推航天强国建设。 根据航天六院视频中的图片来看，200吨级液氧甲烷发动机看起来很像采用闭式循环设计，最大的可能就是《科学中国人》提到的200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机。 全流量全流量补燃循环火箭发动机又称为全流量分级燃烧火箭发动机，相比部分分级燃烧火箭发动机的主要优势在于，相同输出功率时，其动力涡轮的工作温度较低，耐久性更好，可以多次重复使用。今后一旦研制出200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机，可能会用于长征9号重型运载火箭可重复使用版本、大型两级组合空天飞机等可重复使用航天飞行器。这款发动机对标的正是美国Space X公司正在研制的猛禽全流量分级燃烧火箭发动机。 三、单室推力360吨高压补燃液氧煤油火箭发动机和单室推力超过240吨的高压补燃火箭发动机。 从中国航天科技集团六院的微信视频号发布的视频来看，第4款大推力液氧煤油发动机看起来像是一款闭式循环发动机，从尺寸来看，它的喷口显然比500吨级高压补燃火箭发动机的每个喷口更大，结合2021年6月24日龙乐毫院士在讲座中曝光的2021版长征9号运载火箭来看，预计该发动机就是推力360吨级YF135高压补燃液氧煤油发动机。 按照某官方透露的资料来看，YF135发动机并非从零开始研制的发动机，而是基于最初版YF130减半、将燃烧室压力从18兆帕提升到25兆帕，并适当改进设计的单室高压补燃液氧煤油火箭发动机，通过简单计算也能证实这点。据了解，最初版双室真空推力达500吨级的YF130的燃烧室压力仅18兆帕，指标十分保守，如果将其提升至25兆帕，则其真空推力将提升至694.44吨，单个燃烧室压力将提升到347.22吨，适当改进燃烧室膨胀比，推力就能提升到360吨级！ 第5款大推力常规发动机又是什么呢？从外形看，显然它与第4款大推力液氧煤油发动机高度相似，只是体型更小，预计是一款基于YF130减半衍生而来的单室大推力高压补燃火箭发动机。只是目前无法确定的是它的燃料会采用煤油、甲烷，还是液氢，又或者它采用的是两种燃料混合。 目前来看，该发动机最有可能采用煤油作为燃料。 在《宇航总体技术》2020年第2期关于500吨级火箭发动机的进展介绍曾提到“200t级发动机可直接借用480t级发动机推力室、燃气揺摆装置、燃料摇摆装置以及部分自动器等，通用组件借用率近50%。通过该型发动机研制，形成我国100t级—200t级—400t级推力的基础级发动机型谱，满足小、中、大和重型运载火箭对基础级动力的需求。” 目前100吨级我们已有YF100系列高压补燃液氧煤油火箭发动机，400吨级我们也有YF130高压补燃液氧煤油火箭发动机，实际上现在已经提升到500吨级，目前缺少的是200吨级，基于YF130减半可极大节省研发成本和研制难度。因此第5款大推力常规发动机最有可能是我国正在研制的推力超过240吨的单室高压补燃液氧煤油发动机。 四、立足于可重复使用、低成本发射的85吨开式循环液氧煤油发动机、80吨级液氧甲烷发动机。 2021年9月15日，第16届中国西安国际科学技术产业博览会暨硬科技产业博览会正式开幕，中国航天科技集团六院相关负责人向参观的人群介绍：“这个发动机是一个85吨级开式循环液氧煤油发动机，定位于中小型商业运载火箭主动力，可以实现对我国现役常规推进剂火箭的无毒化替代，作为新一代运载火箭主动力的有效补充，提供低成本进入空间的能力。” 2022年9月16日，《中国航天报》发布一篇名为《我国首次实现液体火箭发动机重复使用》的新闻报道，文中提到“近日，由航天科技集团六院11所自主研制的某型液氧煤油发动机首次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，经检验维护，顺利完成了重复飞行试验，国内首次实现了液体火箭发动机的重复使用。” 当时正值我国升力式亚轨道运载器重复使用飞行试验不久，预计这款发动机就是该飞行器的主发动机。 据国务院国资委官方网站报道，2011年，中国航天科技集团公司六院北京11所60吨级液氧甲烷发动机首次试验取得成功。2016年，液氧甲烷发动机在中国航天科技集团公司六院101所完成200秒热试车。基于这款发动机，中国航天科技集团公司六院很容易在几年时间改进、衍生出80吨级开式循环液氧甲烷火箭发动机。 这款液氧甲烷火箭发动机定位同样是可重复使用和低成本发射，否则开式循环比冲太低，严重影响运载火箭的运力系数提升。 五、用于替换YF75开式循环火箭发动机的8吨级新一代闭式膨胀循环液氢液氧火箭发动机。 我国早已研制出推力8吨级的YF75开式循环液氧液氢火箭发动机，作为上面级液氧液氢火箭发动机，它早已落伍。438秒的比冲相比国外先进上面级液氧液氢火箭发动机落后20秒以上，产生相同推力时，需要多消耗10%以上的燃料。对于燃料占比高达90%以上的运载火箭来说，比冲越高燃料利用效率越高，可极大影响运载火箭的运力系数。 目前我国的长征8号运载火箭上面级仍然采用这款1986年研制成功的开式循环液氧液氢火箭发动机，研制影响其运力进一步提升。因此，我国非常有必要重新研制一款先进的8吨级上面级液氢液氧火箭发动机取而代之。 根据图片来看，该发动机更像是一款闭式膨胀循环氢氧火箭发动机，这也是先进上面级火箭发动机的最佳选择。因此，第8款发动机最有可能是我国全新研制的8吨级闭式膨胀循环氢氧火箭发动机。一旦研制成功，就可以取得YF75，大幅度提升长征八号运载火箭的运力和运力系数。 综上所述，我国通过实施“八年九机”液体火箭发动机计划快速弥补以前的火箭发动机欠账，可在极短的时间内全面赶上美国的火箭发动机。届时我国将一举扭转以往火箭型号等发动机的被动局面！按照以往的表现来看，我国的航天计划向来很准时，很少出现延期情况。再加上我国的科技实力已经远超20年前，航天科技人才不仅数量多，水平高，而且还很年轻，已经有实力对标产业严重空心化的美国。不出意外的话，我国很可能在2030年前后完成这9型不同等级/类型的火箭发动机，成为与美国全面对标的火箭发动机强国！ |
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