近日，由航天科技集團(tuán)六院11所自主研制的某型液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)首次實(shí)現(xiàn)重復(fù)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。該型發(fā)動(dòng)機(jī)作為某飛行器主動(dòng)力裝置參加首飛試驗(yàn)后，經(jīng)檢驗(yàn)維護(hù)，順利完成了重復(fù)飛行試驗(yàn)，國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重復(fù)使用。

起步：設(shè)計(jì)之初考慮多次工作要求

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為航天運(yùn)載器的主要?jiǎng)恿ρb置，功能全、性能高、技術(shù)難度大、研制周期長，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的可重復(fù)使用技術(shù)，對(duì)可重復(fù)使用航天運(yùn)載器至關(guān)重要。

液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)是我國新一代運(yùn)載火箭的主要?jiǎng)恿ρb置，具有高性能、大推力、無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)之初，部組件方案及總體布局按多次工作的要求開展論證，所有閥門均為可多次工作的氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)等工作形式，地面研制試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不下臺(tái)重復(fù)試車8次?！笆濉逼陂g，航天科技集團(tuán)六院11所預(yù)先開展了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了大量理論和試驗(yàn)研究成果，為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用奠定了基礎(chǔ)。

攻關(guān)：重復(fù)使用五大關(guān)鍵技術(shù)

由于天地工作環(huán)境的差異性及各種保障條件的限制，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)飛行重復(fù)點(diǎn)火與地面試驗(yàn)重復(fù)點(diǎn)火不能簡單劃等號(hào)，飛行力、熱等環(huán)境條件也更加惡劣，因此液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)難題更多，主要有以下幾個(gè)方面：

1、多次點(diǎn)火技術(shù)

液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)采用了綠色、環(huán)保的推進(jìn)劑組合，可在一次點(diǎn)火工作后進(jìn)行吹除處理后，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)點(diǎn)火工作，技術(shù)上具有重復(fù)使用能力。但航天運(yùn)載器飛行時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)和地面試驗(yàn)相同的吹除等保障條件，同時(shí)由于低溫發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火準(zhǔn)備階段需對(duì)低溫系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先預(yù)冷，所以點(diǎn)火準(zhǔn)備期的流程和地面也有較大差異。對(duì)于補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，這些制約條件將更加凸顯，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)研究，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火準(zhǔn)備階段的預(yù)冷流程，簡化發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后至點(diǎn)火前的吹除處理方案。目前，我國補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)已在地面試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了不間斷三次點(diǎn)火起動(dòng)，摸索出了重復(fù)點(diǎn)火工作間的吹除處置和預(yù)冷方法。

2、大范圍變推力技術(shù)

垂直起降的航天運(yùn)載器在返回過程中，由于推進(jìn)劑剩余量逐漸減少，運(yùn)載器重量越來越輕，需要發(fā)動(dòng)機(jī)具備大范圍推力調(diào)節(jié)能力，才能實(shí)現(xiàn)減速或地面軟著陸。要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的大范圍變推力，需設(shè)置調(diào)節(jié)元件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)速率有要求。另外，工作條件的大范圍變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力室等熱力組件及渦輪泵等主要組件的工作適應(yīng)能力提出了很高要求。我國液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)具備無級(jí)推力調(diào)節(jié)能力，通過地面試車進(jìn)行充分驗(yàn)證，其中推力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和大范圍推力調(diào)節(jié)能力在新一代長征八號(hào)運(yùn)載火箭上實(shí)現(xiàn)了飛行驗(yàn)證。

3、力、熱防護(hù)技術(shù)

與一次性使用運(yùn)載器相比，重復(fù)使用運(yùn)載器不僅要求發(fā)動(dòng)機(jī)在上升段工作，而且返回段也要再次點(diǎn)火工作用于運(yùn)載器減速或著陸，特別是返回段的氣動(dòng)力載荷條件、噴口反流熱流條件等更加苛刻，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行力、熱防護(hù)技術(shù)研究。另外，非工作段部分貫通內(nèi)腔的接口也需要考慮返回段外界氣壓的變化進(jìn)行正壓或反向密封保護(hù)。某飛行器試驗(yàn)的成功，初步驗(yàn)證了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)重復(fù)使用飛行力、熱載荷條件及免維護(hù)防護(hù)措施的有效性。

4、重復(fù)使用狀態(tài)評(píng)估技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用工作的可靠性，需要對(duì)返回后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，用于判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否具再次飛行的能力，特別是對(duì)工作條件惡劣的熱力組件熱疲勞、轉(zhuǎn)子組件結(jié)構(gòu)應(yīng)力疲勞開展專項(xiàng)研究。另外，發(fā)展并采用在線實(shí)時(shí)健康診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛行階段發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的健康監(jiān)測或采用動(dòng)力冗余運(yùn)載器的彈道重構(gòu)。國內(nèi)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面故障診斷系統(tǒng)在液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)研制試驗(yàn)中應(yīng)用較早，技術(shù)成熟。2022年3月在新一代長征六號(hào)甲運(yùn)載火箭上首次實(shí)現(xiàn)了飛行健康監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。通過液體動(dòng)力健康診斷相關(guān)技術(shù)研究，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)在試車或飛行后狀態(tài)評(píng)估技術(shù)方面也開展了大量研究工作。

5、重復(fù)使用檢測維護(hù)技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)低成本，體現(xiàn)出發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用的價(jià)值，要求對(duì)返回后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的檢測項(xiàng)目越少越好，維護(hù)越簡單越好，這與發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)評(píng)估是一對(duì)矛盾體，需要開展深入研究，在健康狀態(tài)評(píng)估的基礎(chǔ)上盡量簡化檢測維護(hù)方案，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的低成本、短周期快速檢測維護(hù)。液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)射場使用維護(hù)簡化研究及重復(fù)使用相關(guān)維護(hù)處理技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)操作維護(hù)項(xiàng)目大幅度精簡，首次實(shí)現(xiàn)低溫火箭液氧加注后無人值守功能驗(yàn)證。

展望：為完全重復(fù)使用積累經(jīng)驗(yàn)

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)短周期處理再次交付飛行，研制團(tuán)隊(duì)在液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用技術(shù)課題研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地制定了發(fā)動(dòng)機(jī)檢測維護(hù)方案，做到了短期快速處理交付原機(jī)，初步實(shí)現(xiàn)了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用。我國液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)首次重復(fù)飛行成功，標(biāo)志著發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用技術(shù)進(jìn)入工程應(yīng)用階段，11所將進(jìn)一步關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)的高可靠性、低成本、高性能，持續(xù)開展可重復(fù)使用技術(shù)探索，為我國進(jìn)出太空空間提供堅(jiān)強(qiáng)動(dòng)力保障。