面向可重复使用运载火箭的工程需求,发动机在复杂工况下的推力调节与姿态控制能力,是影响回收着陆、复飞可靠性和任务经济性的关键指标之一。
近期,中科宇航发布信息称,其30吨级针栓式液氧煤油发动机“力擎一号”已完成摇摆与变推力试车考核,并实现较大范围的推力调节能力,相关指标达到较高水平。
这一进展,体现出我国商业航天企业在关键动力系统领域的持续攻关能力,也为后续重复使用技术验证奠定基础。
从“问题”看,可重复使用火箭在起飞、跨声速、关机再点火、回收减速和末端悬停等阶段,发动机需在短时间内完成推力快速响应,并在较大推力范围内稳定工作。
同时,发动机还需配合摆动机构进行矢量控制,以对抗风场扰动与姿态偏差。
若推力调节范围不足、响应精度不够或摇摆过程振动过大,均可能放大控制误差,影响回收安全并抬高运维成本。
因此,“大范围变推力+稳定摇摆”的综合能力,被视为迈向工程化重复使用的重要门槛。
从“原因”分析,液氧煤油作为成熟推进剂组合,兼具相对较高比冲与工程可获得性,是当前重复使用路线中的主流选择之一。
但要在可重复使用场景中进一步提升可靠性与可维护性,发动机结构设计与制造工艺必须同步突破。
此次披露信息显示,“力擎一号”采用针栓式喷注器结构,推力室与发生器等部位通过不锈钢3D打印一体化制造。
针栓式喷注器在混合与燃烧组织方面具有一定优势,有利于在不同工况下保持燃烧稳定;而一体化制造则可减少焊缝与装配环节,对降低结构复杂度、控制一致性与提升批量制造能力具有现实意义。
换言之,变推力与摇摆试车的通过,既是控制算法、阀门与执行机构等系统能力的综合体现,也是喷注、燃烧与结构可靠性共同支撑的结果。
从“影响”来看,一是技术链条更趋完整。
公开信息显示,此次试车合计330秒,累计试车超过1300秒,覆盖可重复使用运载火箭一子级飞行时长的多倍,说明在地面试验层面已进行较充分的工况积累与边界探索。
二是工程应用空间扩大。
实现100%至50%的深度变推力,并具备高精度调节能力,将直接提升火箭在回收段的速度与姿态控制余度,为更复杂任务剖面提供可能。
三是带动产业能力提升。
动力系统是运载火箭成本与周期的核心变量之一,若发动机能够在稳定、可维护的前提下实现多次使用,将推动发射服务走向更高频率、更低成本,同时也会对试验体系、质量管理与供应链提出更高要求,倒逼产业链整体升级。
从“对策”层面看,要把试车成果转化为可复用、可量产、可交付的工程能力,仍需在三个方向持续发力:其一,推进全包线验证,在多次点火、长程工作、极端温压与摆动耦合等工况下积累数据,形成可追溯的可靠性证据;其二,强化系统级集成试验,将发动机与控制系统、推进剂供应、热防护及回收控制律协同验证,提升从单机到整箭的“可用性”;其三,面向重复使用建立维护标准与寿命评估体系,明确关键部件的健康监测指标与翻修策略,以降低复飞周转时间与保障成本。
从“前景”判断,随着我国商业航天任务密度提升,低成本、高频次发射需求将更为突出。
中科宇航同时推进110吨级“力擎二号”研制并筹备长程试车,显示其在更大推力级别上加快布局,有利于覆盖不同运载能力需求。
另据披露,其后续计划以多台“力擎一号”作为主动力开展百公里级回收技术验证。
若相关验证按计划推进并在可靠性与经济性上形成可复制经验,将为国内可重复使用运载器的工程化应用提供新的技术路径与市场供给,也有望推动太空试验、在轨制造等新型应用场景的服务能力提升。
科技创新是推动航天事业发展的根本动力。
中科宇航在可重复使用火箭发动机技术上的突破,不仅体现了我国航天科技企业的自主创新能力,更为我国商业航天产业发展开辟了新路径。
随着相关技术不断成熟和产业化应用加速推进,我国有望在全球商业航天竞争中赢得更大主动权,为建设航天强国贡献更多力量。