揭秘长征七号“中国心”:有望助普通人舒服游太空

时间:2022-07-20 04:07:51 作者:kok官方平台 来源:kok登录页面

  液氧煤油发动机的涡轮泵,产生的最高压强可达到500个大气压,相当于能够把上海黄浦江水,打到5000米海拔的青藏高原。

  液氧煤油发动机的推进剂是-183℃的液态氧气和常温煤油,二者燃烧后主要产生水和二氧化碳,清洁环保,而且价格低廉,每次发射推进剂费用比现役火箭节约上千万元。

  液氧煤油发动机采用的补燃循环技术,是一种闭式循环,可以使全部推进剂的能量得到充分释放,至少提升10%的能量利用率,使发动机的运载能力提高到常规的1.5倍。

  6月25日,中国新一代中型运载火箭长征七号在海南文昌发射场首飞成功,拉开我国载人航天工程空间实验室任务序幕,这是目前我国发射的推力最大的运载火箭。预计到2021年左右,长征七号运载火箭各项技术指标趋于稳定时,将承担我国80%左右的航天发射任务,并将用于发射载人飞船。

  长征七号有一颗强劲的心脏——我国目前最先进的液氧煤油发动机。近日,成都商报记者专程赶赴西安,走进研制该发动机的中国航天科技集团第六研究院,为您揭秘这颗强劲的心脏。

  液氧煤油发动机专家、航天科技集团六院副院长栾希亭介绍,长征七号使用了6台120吨液氧煤油发动机。具备近地轨道13.5吨的运载能力,是现役火箭的1.5倍。与常规发动机相比,液氧煤油发动机具备四大特点:

  一是技术先进。采用了世界上最先进的高压补燃循环系统,提高了发动机的性能。

  二是绿色环保。氧和煤油燃烧后主要产生水和二氧化碳,清洁环保,价格比较低廉。常规推进剂有毒,且具有腐蚀性。每次发射,推进剂费用比现役火箭节约上千万元。

  三是重复试车。因为推进剂的腐蚀性等原因,常规发动机只要一试车就报废。液氧煤油发动机在地面可重复试车,重复点火。大大提高了火箭飞行的可靠性及性能。

  据了解,发动机通过推力调节,可以有效降低火箭飞行中的加速度,提高航天员的舒适度,降低对航天员的体能要求。未来,普通百姓也许不用经过复杂严苛的体能训练,也有望“舒舒服服”地遨游太空。

  研制液氧煤油发动机最大的难点在于闭式循环系统。航天六院11所液氧煤油发动机研究室主任徐浩海解释,由于是闭式循环,发动机燃烧室的室压特别高,比常规发动机提高了100个大气压;高压补燃主要是通过涡轮泵的旋转增压,涡轮泵的扬程最高达500个大气压,“相当于能把黄浦江的水打到青藏高原”。

  涡轮泵需要的工作时长是数百秒,但第一台涡轮泵首次试车仅运转了不到20秒。经过7次重大故障,验证试验上千次,直到第8年才达到设计目标——涡轮泵持续工作数千秒,是实际工作时长的10倍。

  航天六院7103厂副总工程师张和平介绍,液氧煤油发动机推力大、转速高,所以必须有高强度的结构。以发动机的推力室为例,数千度的高温燃气,必须保证不破坏推力室结构。所以他们使用了高温合金、高强度不锈钢、纳米涂层等近50种新材料。

  液氧煤油发动机的试验区位于秦岭山区,拥有亚洲最大的火箭发动机试车台。航天六院165所液氧煤油试验区试车指挥员张志涛介绍,试验区相当于一个小型火箭发射场。“发动机所有在火箭上的运转过程都能在试车台上重现,唯一的不同是火箭能够升空,而试验时的发动机是被定架约束在试车台上。”

  “一个单机发动机在山坳里试车,产生的振动相当于2.8级地震。”张志涛说,“发动机点火时的轰鸣声,相当于十万人同时在吼。”试车台最多能实现两台120吨发动机并联试验,测量发动机是否能够同时平稳点火启动。“任何两个发动机的推力都不可能一模一样,如果推力相差稍微大一点,火箭升空时直接就会歪掉,那么设计时就要考虑如何平衡推力。”试车台还可以试验发动机在极限环境下能够承受的苛刻条件,判断其是否还能够稳定工作。

  “那几年连续发生了好几次爆炸。”徐浩海还记得,第一次发动机试车,从启动到爆炸不到3秒钟。“按下开关的瞬间,眼前已是一通火光,十几毫米厚的钢板立马就被烧穿。”因为加工困难,花了整整一年,第一台产品就像独生子,做得跟工艺品一样。爆炸后大家心情非常沉重。

  2001年,液氧煤油发动机进行了4次整机试车,4次都失败。“一秒钟就烧掉数百公斤推进剂,一次试车成本上千万元。”栾希亭回忆,每当试车点火倒计时,手心里都是一把汗,甚至有的人在试车头一晚睡不着觉。

  “发动机一出问题,爆炸了就啥都没了。”徐浩海和同事们只能从爆炸碎片中分析故障。有个阀门问题的实验,他们连续做了100多次,白天做实验,晚上就分析数据、装配产品,七天七夜;最长的一次,约300人在厂里住了整整3个月。成都商报记者 蓝婧 发自西安

  解析长征七号核心动力:首用6台120吨液氧煤油发动机,6月25日20时00分,中国载人航天工程为发射货运飞船而全新研制的“长征七号”运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空,约603秒后,载荷组合体与火箭成功分离,进入近地点200千米、远地点394千米的椭圆轨道,“长征七号”运载火箭首次发射圆满成功。”同时,液氧煤油发动机具有多次工作的能力,可以在此技术基础上研制重复使用的发动机,使运载火箭能够实现天地往返的可重复使用。

  今日,人民网和中国航天科技集团公司联合推出庆祝中国航天事业创建60周年首个“中国航天日”特别节目,暨人民网与中国航天科技集团公司战略合作协议签署仪式。

  近日,中国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机点火热试车再获成功,预示着中国航天动力的新旧更迭将加快。航天科技集团六院院长谭永华表示,中国正在研制的长征五号运载火箭的水平与欧洲研制的阿丽亚娜5型火箭水平相当,甚至一定程度上功能更强。



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