500吨推力全球第一，国产新型火箭发动机亮相珠海航展

文/君剑

马上，第14届中国航展就要和我们见面了，这一次航展阵容强大，将有丰富多样的展品亮相。

而据媒体报道，我国自主研发的新型整体式固体火箭发动机已经运到了珠海航展现场，这台发动机的最大亮点，就在于推力可以达到500吨，为目前全球第一的水平。

资料显示，新型发动机由航天科技集团四院负责研究，发动机的直径达到了3.5米，可以装药150吨，仅从外观来看，就能感受到新型发动机的“气场”有多大。

去年10月份的时候，《人民日报》就曾报道了新发动机在陕西西安成功试车的消息，航天四院大推力固体发动机总师王健儒谈及这一成果时表示，相关成果打开了研发千吨级推力固体发动机的通道，未来我们的技术将进一步发展，火箭的动力选择将会更多。

也就是说，500吨推力虽然已经是全球第一，但仍然只是我们的“小目标”，下一个目标应该是1000吨级，并且还会不断提升。航天四院正研究发动机分段技术，预计推力就能突破千吨目标。

而本次亮相的500吨级发动机，已经是融入了大量领先技术，包括高压强总体设计、高性能纤维复合材料壳体、超大尺寸喷管等，各方面技术水平都是领先全球的存在。

（长征五号B发射现场）

众所周知，火箭推力的提升，对于人类太空探索事业的发展有至关重要的意义，因为只有推力足够大，才能将足够多的载荷送入太空。

在这方面，即使是美俄之间也保持有密切的合作，美国的“宇宙神-5”运载火箭就采用俄罗斯的RD-180液体燃料火箭发动机提供动力，RD-180能够提供的推力在400吨左右，而像RD-180这样的型号，已经是推力非常大的存在了。

（RD-180发动机）

最近，我国发射了第三个空间站实验舱“梦天”。负责“梦天”发射的就是长征五号B运载火箭，在近地轨道范围内，长征五号B的运载水平为25吨，能够满足23吨发射重量“梦天”的要求。

像长征五号B这样的火箭，已经是“大力士”了，这台火箭主要采用液氧煤油发动机，每台发动机推力为120吨，一共有8台发动机提供动力，压强相当于500个大气压，能提供累计1000吨以上的推力。

（“梦天”与中国空间站交汇）

显然，如果单台火箭发动机的推力更大，那么未来我们的火箭动力方案就会更加丰富，而火箭的推力就能够进一步得到提升。

值得关注的是，因为火箭发动机技术还和弹道导弹技术相关，所以能够研发出来的国家并不多，一般也不能指望技术共享。

所以，我国的火箭发动机技术，完全是依靠自主研发，在几代人辛苦努力的基础上，一点一滴研究出来的。

我们今天看到的发动机，就是我们国家的科研人员耗费无数个日夜努力攻关的成果。

而这一切，也是我们国家走向富强繁荣的一项成就。

某15型在全球实装战机发动机里已排名第一？

对于正式装机升空的第4代新发，现在网络上推测其基本性能为：最大推力18.5到18.8吨之间，高空正常推力在16吨到17.5吨之间，正常推重比已经高达11以上。如此巨大的推力，即使不开加力也能实现全程超巡。正常超巡速度在1.9马赫左右，顺风下甚至可以高达2.2马赫；如果需要空战开加力，那么极限速度将在2.8到3马赫之间；这些数据都是非常惊人的。而据现场观察首飞状况的说法，也完全证实以上数据所言非虚。也就是装配2台双发之后的重型隐身机，居然仅仅在不到10秒之内就完成了从松刹车，滑跑到拉起的动作。整个滑跑距离判断还不到200米！而过去同样的机型，用第3代升级版发动机，一般滑跑都在18秒到20秒之间，判断实际滑跑距离在400米到450米之间，而现在换发后，

滑跑距离与时间居然基本是原先的一半不到！要知道所有战机，其正常的起飞滑跑距离与时间一般是相对固定的。一定要达到额定的起飞速度才敢轻易的拉起。而现在只需要一半的时间与距离，就可以安全拉起，只能说明新发的推力十分强大。如果200米就能陆地起飞；那么在全球现役正规战斗机中几乎是唯一存在；因为就算是以发动机推力强大著称的F15特别减重版，最短起飞滑跑距离也需要300米；同样是第五代隐身战机配备推力堪称强大的2台F119发动机，正常开加力情况下的起飞距离也在350米上下。现在重型隐身机只需要200米与10秒不到的时间就能旱地拔葱式拉起并且大仰角持续爬升，只能说明单发加力推力在18.5到18.8吨之间的说法是有事实根据的。就算是谦虚一点，以18.5吨为准，

那么双发加力起飞推力就是37吨！而某重型隐身机的正常起飞状态，也就是加满8成的油料并且内置8发导弹；最多也就是35吨的重量，那么此时的起飞推重比已经高达1.05以上。假设可以采用台架起飞，也就是提前把该机像火箭一样垂直放置或者大仰角指向天空，一旦启动，不需要任何滑跑，就可以垂直蹿升！而即使彻底加满100%的内油与内置较重炸弹，此时全重38吨，仍然有0.97以上的推重比，只要稍微消耗油料后仍然可以垂直蹿升。因此说到底，目前重型隐身机配备的这种第4代先进大推。已经是当今全球战斗机配属发动机中，实际推力最大的型号。全球现役的所有3代涡扇与升级型号自然都没有可比性；而F22A上配备的F119发动机，台架极限推力不过17.8吨，也被直接比下去了。

F35上配备的F135发动机，号称最大推力18吨，绝对值同样已落后；超级大国一直扬言要把F135的推力放大到19吨以上，但是一直没有实际落实。至于AX100之类的变循环发动机，还全在试验阶段，暂时都没有可比性。采用3代涡扇就能做出“升叶飘”超级机动，如今御用发动机到位，可预测其未来的机动能力必然是惊世骇俗！

美网友破防了！美国火箭发动机接连爆炸：中国火箭却造就世界第一

7月12日9时许，中国民营航天企业蓝箭航天的朱雀二号遥二火箭从酒泉卫星发射中心点火升空，发射任务取得圆满成功，成为世界上首款成功将载荷送入预定轨道的液氧甲烷火箭，标志着近年热门的“液氧甲烷潮流”向着实用化迈出了坚实的第一步。

全球有多家航天机构与企业都在突破液氧甲烷发动机，比如SpaceX的猛禽发动机和蓝色起源公司的BE-4发动机以及相对论公司的Aeon 1发动机，另外还有国内的九州云箭、星际荣耀、宇航推进等多家民营航天企业都在开展液氧甲烷火箭及发动机的开发工作，但只有蓝箭航天、SpaceX和蓝色起源以及相对论公司的发动机最为成熟。

不过意外的是装备了液氧甲烷发动机的多枚火箭都遭遇了各种各样的故障，甚至连蓝箭航天自己的“朱雀二号”火箭也在去年12月发射时遭遇发动机燃料管线破裂，导致游机出现异常，载荷未能入轨导致发射失败。但蓝箭航天在2023年3月18日通过归零，最终于7月12日一飞冲天，成功将“无效载荷”送入轨道，成为人类首枚把载荷成功送入轨道的液氧甲烷火箭！

“天鹊-12”液氧甲烷发动机：水平究竟怎么样？

“朱雀二号”能一飞冲天的最大功臣显然是“天鹊-12”（TQ-12）液氧甲烷发动机，朱雀二号火箭的第一级直径3.35米，安装有4台“天鹊-12”，起飞推力可达268吨，200公里轨道载荷为4吨。这种发动机在全球同级别液氧甲烷发动机中水平究竟如何呢？

TQ-12发动机：燃气发生器循环

很多报道中都提到了朱雀二号火箭的TQ-12发动机是燃气发生器循环，搞不清楚到底啥玩意儿，其实这是一种将火箭燃料泵入发动机燃烧室的一种方法：液氧和甲烷在燃烧室相遇点燃时会产生高温高压燃气从喷管喷出，此时的燃烧室压力很高，液氧和甲烷需要一个“高压泵”才能将氧化剂和燃料泵入燃烧室。

因此需要有一个能产生高压的涡轮泵，带动这个涡轮泵就有多种方式了，一个是电泵，被称为电泵循环，或者用一个高温燃气涡轮，让一部分液氧和甲烷先进入燃烧，推动高温燃气涡轮后再带动高压涡轮泵吸入燃料注入高压燃烧室。这个高压涡轮泵能产生多少高压就表示燃烧室可以用更高的室压，这表示更高的排气压力和推力，也是更高比冲（单位燃料产生的冲量）的必要条件之一。

而各种燃烧循环就是高温燃气涡轮燃烧后“废气”的去向，因为高温燃气涡轮的耐温性不够，一般在高温燃气涡轮都是富氧燃烧（氧化剂比例高于燃料），也有富燃燃烧（燃料比例高于氧化剂），当这些“废气”排走时就浪费了大量氧化剂或者燃料。

分级燃烧循环（闭式循环）就是将这些燃烧后的“废气”再次注入燃烧室，所以才叫“分级燃烧循环”，而全流量分级燃烧循环则是所有进入燃烧室的燃料都经过高压燃气涡轮泵，所以才被称为“全流量分级燃烧循环”。

在这些循环模式中，燃气发生器（闭式循环）难度最低、全流量分级燃烧循环难度最高，分级燃烧循环居中，而TQ-12发动机就是燃气发生器循环。

难度最低？在同级别发动机中水平如何？

从几种火箭发动机的循环来看，TQ-12的难度确实不高，但真实水平如何，对比参数是最简单，笔者花了半小时找齐了几台发动机的大致参数，对比下立马就清楚了：

笔者看了下，基本没有同级别的发动机，TQ-12参数来看是一台中规中矩的液氧甲烷机，但也就是平衡了各项参数，使得它成就了那个一飞冲天并且率先入轨的朱雀二号火箭。

非常值得一提的是，朱雀二号运载火箭是在浙江嘉兴蓝箭航天中心内完成的总装工作，成为了第一枚浙江制造并成功入轨的火箭。蓝箭航天是九州云箭、星际荣耀、宇航推进等多家民营企业中进展最快的企业。

此次突破也是标志着我国运载火箭在新型低成本液体推进剂应用方面取得突破。同时天鹊系列液氧甲烷发动机也是继美国Space X的猛禽、蓝色起源的BE-4之后，世界第三台、国内首台大推力液氧甲烷火箭发动机

SpaceX的猛禽发动机：全流量分级燃烧循环

在这里不得不提下SpaceX的猛禽发动机，这是目前全球唯一的全流量分级燃烧循环发动机，对于这种循环上文其实已经有介绍了，即所有流量都会经过高温燃气涡轮，特点是可以将室压提到很高的程度，比如目前的猛禽可达30MPa，而据最新改进版已经达到了32MPa，这也让它的海平面比冲达到了327s，是目前液氧甲烷机中比冲最高的。

猛禽是星舰的主发动机，一级火箭用了33台，2023年4月20日，星舰在德州博卡奇卡发射场点火起飞，最大推力可达7700吨的一级火箭的巨大推力把水泥地面刨了一个坑，周围将近1000多米范围内的汽车与建筑物以及考虑不周设置燃料罐等都被飞沙走石打得面目全非。

猛禽应该是一种相当成功的发动机，但星舰却不一定是成功的火箭，33台并联，这个难度真有点大，马斯克以必须成功的信念支撑着继续测试，笔者也相信只要砸钱肯定能成，但时间多久还真不好说。

2023年3月29日，美国联合发射联盟 (ULA) 新一代火箭“火神-半人马座”的半人马座V (Centaur V) 氢氧上面级结构件在NASA马歇尔太空飞行中心开展资格认证测试时发生大爆炸，目击者表示：“一朵比试验台还要巨大的蘑菇云，伴随透明氢气的爆炸燃烧升腾而起。”

爆炸画面后来还是被公开了

爆炸后发生后ULA老总Tory Bruno曾表示该结构件在“极端测试条件下发生的异常”，但目击者说绝非轻描淡写，而是确确实实发生了大爆炸，有趣的是距离测试现场不到100米就是蓝色起源价值高达1亿美元用于BE-4和BE-3U试车的试车台，而监控摄像机刚好记录下了爆炸过程。

ULA要求蓝色起源这边删除爆炸视频片段（或保密不得公开），蓝色起源的光头贝索斯(Jeff Bezos)同意了，结果Eric Berger不知用何手段搞到了ULA半人马座V氢氧上面级于3月29日在NASA马歇尔航天中心测试时发生爆炸的监控视频画面，让马斯克也嘲笑了一通。

爆炸原因：或是液氢泄漏

当时这个半人马座V上面级结构件正在加压测试，液氢储箱装满了液氢，液氧储箱装满了液氮，爆炸时一个火球腾空而起，这表示液氢储箱发生了爆炸，所以ULA老总Bruno反复强调，这是爆燃而非爆炸。

确实是爆燃，毕竟氢气泄漏后也需要均匀混合才能大爆炸，幸亏液氧储箱装的是液氮，不会助燃反而会影响爆燃效果，要是装的是液氢，估计蓝色起源的测试台也要飞了，贝索斯的脸都要黑掉。

BE-4液氧甲烷发动机爆炸：流年不利

2023年6月30日，德克萨斯州西部的试验场，蓝色起源公司的一台BE-4液氧甲烷发动机在热试车时，点火仅10秒后便发生猛烈爆炸，发动机与试车台均在爆炸中严重损毁，这台BE-4发动机原计划在完成试车后，将于7月交付给ULA供第二发火神火箭 (Cert-2任务) 发射使用，结果发生大爆炸，就这有点没法解释了。

蓝色起源随后表示这次爆炸没有人员伤亡，并且声称已经确认爆炸原因，但一直到7月12日都没有公布爆炸原因，而且这次爆炸还把测试台也给炸了，这表示爆炸相当剧烈，那么可能是什么原因导致的爆炸呢？

笔者认为很可能就在发动机本身，因为测试发动机的推进剂是通过管线进入发动机的，低温燃料并非在发动机附近，而是有比较远的距离，一个是存放方便，另一个也是担心爆炸把测试台彻底摧毁，因此发生爆炸不太可能是燃料箱。

BE-4发动机是分级燃烧循环，很有可能是富氧燃烧的涡轮泵出口被堵塞造成了大爆炸，这个涡轮泵内的正常压力高达13.4MPa，如果堵塞可能数倍甚至十倍于正常压力，这可能会让泵体承受数百甚至上千个大气压，堵塞后炸裂泵体毁损发动机与发射台是意料之中的事，之所以蓝色起源很容易确定爆炸原因，应该是在看到泵体破损程度后的直接判断。

美网友一片哀嚎：又到了斯普特尼克时刻

BE-4发动机是火神-半人马和新格伦火箭的一级发动机，是蓝色起源火箭发动机系列的核心产品，原定于 2017 年准备就绪，但由于无数的开发问题，该公司最近才完成了第一批可飞行的发动机。

而新格伦号最初定于 2020 年进行首飞。但由于延误，该时间表变得未知，蓝色起源领导层在最近的公开露面中拒绝就新格伦号的新首次发射目标发表评论。而多个美媒则对此评论，ZQ-2（朱雀-2）赢得了这次胜利。

社交媒体上的网友则更直接称又到了斯普特尼克时刻，这是指1957年10月4日苏联抢先美国成功发射斯普特尼克1号人造卫星，令西方世界陷入一段恐惧和焦虑的时期，现在中国赢得了液氧甲烷火箭的胜利。

然而我们也知道朱雀-2并非在此次比赛中最优秀的火箭，而是其务实与探索的精神催生出了这个突破性的成绩，我们也知道差距在哪里，也正是这些差距一直将鞭策着我们前进。

原因其实不复杂，都是回收惹的祸！自从马斯克开创回收先河以来，全球多家机构与企业都在研究这个技术，但除了马斯克以外暂时还没有一家结构或者企业成功回收过商业发射的火箭，不只是因为难度太大，而且推进剂种类也不适合回收。

尽管猎鹰的梅林发动机是液氧煤油也能回收，但这是以低室压降低结焦作为代价的，这也让发动机比冲下降不少，而猛禽发动机使用了液氧甲烷的室压可以跑到32MPa以上，可以让比冲大幅度增加，这是因为甲烷含碳量比较少，并且还是气态燃料，不容易结焦堵塞管路，因此液氧甲烷发动机回收后再次发射处理相对比较简单。

有朋友会问，液氢液氧更不会结焦，为什么不用氢氧机？答案是氢的体积太大了，不容易保存，而液氧甲烷的组合密度比液氧煤油低20%左右，并且在比冲上甲烷的理论比冲值比煤油略高3%，因此两者相差是比较小的。

另外甲烷就是天然气的主要成分，取得非常容易，也可以用有机物发酵来制取甲烷，来源非常广泛，因此使用液氧甲烷的发动机未来可以不再依赖石油，也可以不依赖天然气，仅仅依靠生物来源即可满足很大一部分需求。

#所见所得，都很科学#