8月1日,中國航天科技集團六院負責研製的重型運載火箭500噸級液氧煤油發動機首次燃氣發生器-渦輪泵聯動試驗取得成功,標誌著該型發動機研製工作取得首個裡程碑式勝利,為後續圓滿完成關深階段研製任務奠定了基礎。
中航科技六院官方微信表示,500噸級液氧煤油發動機為中國在研製的最大推力火箭發動機,對支撐後續空間站建設、載人登月及深空探測具有重要意義。
文章稱,500噸級液氧煤油發動機於2011年立項,將在今年10月前,完成單體推進器組合點火(協調性)試驗,有望在今年實現技術突破。
500噸級液氧煤油發動機為中國在研製的最大推力火箭發動機
而協調性實驗是指500噸級的液氧煤油發動機的組合點火實驗,目前中航科技六院已經完成了理論模擬設計實驗和單個推進器在不點火情況下的流體和性能實驗,數據和結果非常理想。
文章透露,中航科技六院正在為即將進行的500噸級的液氧煤油發動機單體推進器組合點火實驗做最後的衝刺準備,如果實驗成功,將大大加速中國從輕型中型運載火箭的國家進入擁有重型運載火箭的國家。
重型運載火箭500噸級液氧煤油發動機首次燃氣發生器-渦輪泵聯動試驗取得成功
2016年2月20日,六院重型運載火箭發動機預研工作已經突破多項關鍵核心技術,搶先生產出多個重要零部組件。
而早在2014年6月,中航科技六院11所設計的重型運載火箭氫氧發動機大流量單噴嘴試驗取得成功。試驗是針對該型發動機大流量高效穩定燃燒技術的研究性試驗。分析認為,這可能是中國未來「長征9號」登月火箭計劃採用的YF220大推力氫氧發動機的基礎技術預研項目。
中國運載火箭技術研究院黨委書記梁小虹曾透露,「長征9號」將擁有8米直徑芯級、3.35米直徑的助推器,8個發動機可同時推動3,000噸級火 箭。有分析認為,「長征9號」一級火箭採用500噸級煤油發動機,火箭採用二級半構型低地軌道運載能力超過100噸,三級半構型地月轉移軌道運載能力超過 50噸。
而「長征9號」火箭的尺寸大致相當於美國正在研製的SLS巨型火箭,其結構可能類似於美國曾經研製的戰神V巨型火箭。
發動機是火箭的心臟,而渦輪泵則是發動機的心臟。承擔著中國新一代運載火箭兩型發動機渦輪泵研製的就是航天科技集團六院11所十八室低溫發動機渦輪泵班組。
該班組承擔著以重型液氧煤油發動機、低成本可重複使用液氧甲烷發動機等為代表的多個型號預先研究任務。這個班組還承擔了多項重點課題和多項重大基礎研究項目。
「長征9號」火箭的尺寸大致相當於美國正在研製的SLS巨型火箭
此外,11所重型運載液氧煤油發動機氧泵水力試驗取得成功。自此重型運載液氧煤油發動機氧泵、燃料泵和氧預壓泵組件均通過了水力試驗的考核。
另據報道,11所研製的大功率高速渦輪驅動裝置,成功完成了重型發動機軸承低溫運轉試驗。試驗中,大功率高速渦輪驅動裝置運行平穩、渦輪性能高,標誌著該裝置成功投入運行。
「長征9號」火箭其結構可能類似於美國曾經研製的戰神V巨型火箭。
近日,重型發動機起動關機與工況調節機電伺服系統原理樣機在11所六室成功進行桌面聯試。由11所自主研製的伺服控制器與西安微電機研究所承製的伺服電機在空載條件下進行了匹配測試。
在清水頭試驗區11所完成了多套重型發動機軸承及端面密封低溫運轉試驗,圓滿完成了任務書提出的產品考核要求,為重型發動機用軸承及端面密封后續研製奠定了堅實的基礎。
11所設計的重型發動機聯試裝置三維標註模型全部下廠生產,標誌著發動機設計從二維圖紙的研製模式向三維數字樣機研製模式的轉變。
火箭回收再成功 商用火箭或實現復用
18日,SpaceX成功回收獵鷹9號火箭,距離去年首次完成陸上回收僅過去半年的時間。SpaceX將於今年秋季發送並回收一枚「二手火箭」,如果成功,將意味著人類真正實現商用太空火箭的復用,大幅降低人類進入太空的成本。
在獵鷹9號發射後不久,第一級火箭成功在LZ-1著陸場著陸,後者是SpaceX在卡納維拉爾角租賃的陸地著陸點。
SpaceX成功回收獵鷹9號火箭
SpaceX將於今年秋天首次發射已回收的火箭,目前確定使用4月份首次在海上平台上回收的那枚火箭。SpaceX CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)已表示,將在今年9月或10月發射已回收的火箭。
海上平台上回收的火箭
另外,獵鷹9號此次還將「龍」貨運飛船送入軌道,該飛船為國際空間站運送了近5000磅(約合2268公斤)補給和科學實驗儀器。今天的發射任務是SpaceX第九次為美國宇航局執行貨物補給任務。
SpaceX「獵鷹9號」火箭成功回收著陸
去年12月,SpaceX「獵鷹9號」火箭在佛羅里達州發射升空,10分鐘後一級火箭成功著陸回收,載有通信衛星的二級火箭則繼續運行。此舉創造了航天飛行的新歷史。
馬斯克稱,能夠回收火箭進行翻新和再次發射,將大幅削減SpaceX的運營成本。
據了解,居高不下的發射成本,是制約航天工業發展的重要因素,而完整回收火箭並再次利用是個好辦法,一枚火箭的組成,燃料僅占很小一部分。火箭的導航控制系統、燃料儲箱和火箭發動機等部分更加昂貴。如果一枚火箭可以重複使用,那麼就可以大大降低發射成本。
航天發射成本大大降低
SpaceX首次成功實現海上回收火箭
今年4月,SpaceX公司在第五次嘗試中終於成功在大西洋上回收獵鷹9號一級火箭。這是人類歷史上首次在海上成功實現火箭回收,成為航天發射史上的一次里程碑事件,同時也意味著廉價太空時代離我們又近了一步。
今年4月,SpaceX公司在第五次嘗試中終於成功在大西洋上回收獵鷹9號一級火箭
與陸上回收相比,海上回收平台(駁船)甲板面積很小,回收對火箭落點精度要求非常高。另外火箭垂直返回海面,對姿態控制要求較高,複雜海況如天氣、海浪等也會對火箭著艦穩定產生影響,但海上也有陸地不具備的優勢。
航天專家、《國際太空》雜誌社執行總編龐之浩向記者表示,此次回收成功,是SpaceX公司火箭回收技術由成功邁向成熟的一步。他認為,相比海上回收,在火箭運載能力遠大於載荷質量的情況下,陸地回收不失為一種更加穩妥可靠的選擇。
此次獵鷹9號火箭的發射與著陸地點都在佛羅里達州卡拉維拉爾角。龐之浩說,該發射場東臨大西洋,火箭升空後飛向大海,陸地回收需原路折返,為此耗費 的燃料相當於損失40%的運載能力。如果是海上回收,火箭可以沿著自然飛行軌跡飛向海上回收平台,僅損失20%的運載能力,但風險更大,對氣候環境條件要 求更高。
但龐之浩介紹,獵鷹9號火箭已完成更新換代,對發動機進行了改進並增加了燃料,「在大馬拉小車的情況下,陸地回收更可靠。」與過去13噸的近地軌道運載能力相比,現在近地軌道運載能力達到了22.8噸,這對陸地回收非常有利。
陸地回收更可靠
目前,SpaceX公司已對獵鷹9號火箭實現了兩次陸地回收、三次海上回收,下一步將嘗試對其重複使用。龐之浩認為,相比全新火箭,發射「二手火箭」風險更大,但高成功率依然可期。
SpaceX公司已對獵鷹9號火箭實現了兩次陸地回收、三次海上回收
他說,SpaceX公司會對火箭發動機進行全面測試維修,在能夠達到發射要求後才會進行重複使用。他判斷,在獵鷹9號火箭重複使用的前幾次,檢測維修會更注重可靠性而不太計較維修成本,隨著技術逐漸成熟,才會逐漸加大對成本的考慮。
龐之浩預測,獵鷹9號首次重複使用時,或許會選擇質量不大、成本較低的載荷,即使失敗,損失也不會太大。據報道,獵鷹9號火箭第一級重複使用一次, 可使發射成本降低30%,重複使用10次則能降低80%左右。據專家計算,10次是火箭重複使用的最佳平衡點,使用次數更少做不到物盡其用,更多則反而增 加維修成本和風險。
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