航天科技六院长征七号液氧煤油发动机研制纪实

来源:中国航天报  发布时间:2017-04-24

4月20日晚,天舟一号货运飞船成功发射升空。众所周知,承担“天舟一号”我国首艘货运飞船发射的“长征七号”,最大的亮点,是运用了液氧煤油发动机为代表的新技术。

众所周知,承担“天舟一号”我国首艘货运飞船发射的“长征七号”,最大的亮点,是应用了液氧煤油发动机为代表的新技术。2016年6月25日,长征七号实现完美首飞。但此次发射天舟一号货运飞船,才是液氧煤油发动机首次真正意义上的工程应用。

长征七号是我国长征火箭家族中的新一代中型运载火箭,其动力系统全部采用六院研制的液氧煤油火箭发动机。

其中,长征七号助推与一级火箭,共使用6台120吨液氧煤油发动机,二级火箭使用了4台18吨液氧煤油发动机,具备近地轨道14吨、700公里太阳同步轨道5.5吨的运载能力。

预计到2021年左右,长征七号将逐步替代现役运载火箭,承担起我国80%左右的航天发射任务。

与常规发动机相比,长征七号所用的液氧煤油发动机采用液氧和煤油作为推进剂。液氧、煤油这两种推进剂具有来源广泛、价格低廉的优点,平均价格比现役火箭的推进剂低一个数量级。

绿色环保是液氧煤油发动机的一大特点。它的研制成功并实现太空飞行,实现了我国火箭动力从常规有毒至绿色无毒的巨大跨越。

性能高是液氧煤油发动机的另一大特点,也正是大推力发动机的研发,促进了大火箭的应用。这是世界上最先进的高压补燃循环系统,虽然研制复杂,但消耗同样质量推进剂产生的推力却是最大,尤其是120吨级液氧煤油发动机,采用自身起动,地面发射的可靠性更高。

与常规发动机只要一试车就报废、只能一次性使用相比,液氧煤油发动机在地面可重复试车,重复点火,从而节约研试成本,缩短研制周期。此外,每台液氧煤油发动机都经历了地面考核热试车,成功保障大大提高,同时也节约了研试成本,缩短了研制周期,每一台发动机都挂着点火成功后的“合格证”。

3月9日,承担发射天舟一号货运飞船任务的六院长征七号动力系统试验队抵达海南文昌发射场,他们带去的是不仅是10台性能优异、检验合格的两型液氧煤油火箭发动机,更是大量地面演示验证试验参数,以及完备的发射场工作预案。相较首飞的发射场准备时间,此次缩短了不少。

由于要在轨实现与天宫二号的交会对接和推进剂在轨补加,长七火箭必须“零”窗口发射才能准确进入天宫二号运行的轨道面。而且长七火箭采用全低温液氧煤油动力系统,射前流程复杂,特别是进入3分钟流程后动力、控制、地面发射支持等系统项目多,耦合严重,若有一个环节出问题将会错过发射窗口。

为此,研制人员开展了故障预案的再梳理,针对射前关键环节分析可靠性保障措施,并制定了相关的预案,确保射前出现故障有预案,能够保障流程的顺利执行;开展了推迟发射的适应性及入轨精度分析,提升了任务的适应性。

从无到有,由弱到强,无论是在研制一线还是试验现场,一个新型号产品的研制也像一个大工程一样,在曲折复杂中不断前进。

有时为了获取一台发动机的试验结果,需要连续试验进行一个多月,就这样,产品不下台,研制人员不回家,怀着驾舟驭天的豪情,攻克了一道又一道难关,填补了一项又一项空白,最终为天舟一号搭建了一座直上云霄的天梯。(张美书 张平)

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