揭秘長征七號「中國心」：有望助普通人舒服游太空

科技 07-04

長征七號運載火箭二級發動機試車

500個大氣壓

可把黃浦江水打到青藏高原

液氧煤油發動機的渦輪泵，產生的最高壓強可達到500個大氣壓，相當於能夠把上海黃浦江水，打到5000米海拔的青藏高原。

液氧煤油發動機的推進劑是-183℃的液態氧氣和常溫煤油，二者燃燒後主要產生水和二氧化碳，清潔環保，而且價格低廉，每次發射推進劑費用比現役火箭節約上千萬元。

1.5倍

補燃循環技術高效利用燃料

液氧煤油發動機採用的補燃循環技術，是一種閉式循環，可以使全部推進劑的能量得到充分釋放，至少提升10%的能量利用率，使發動機的運載能力提高到常規的1.5倍。

6月25日，中國新一代中型運載火箭長征七號在海南文昌發射場首飛成功，拉開我國載人航天工程空間實驗室任務序幕，這是目前我國發射的推力最大的運載火箭。預計到2021年左右，長征七號運載火箭各項技術指標趨於穩定時，將承擔我國80%左右的航天發射任務，並將用於發射載人飛船。

長征七號有一顆強勁的心臟——我國目前最先進的液氧煤油發動機。近日，成都商報記者專程趕赴西安，走進研製該發動機的中國航天科技集團第六研究院，為您揭秘這顆強勁的心臟。

調節推力降低體能要求

液氧煤油發動機專家、航天科技集團六院副院長欒希亭介紹，長征七號使用了6台120噸液氧煤油發動機。具備近地軌道13.5噸的運載能力，是現役火箭的1.5倍。與常規發動機相比，液氧煤油發動機具備四大特點：

一是技術先進。採用了世界上最先進的高壓補燃循環系統，提高了發動機的性能。

二是綠色環保。氧和煤油燃燒後主要產生水和二氧化碳，清潔環保，價格比較低廉。常規推進劑有毒，且具有腐蝕性。每次發射，推進劑費用比現役火箭節約上千萬元。

三是重複試車。因為推進劑的腐蝕性等原因，常規發動機只要一試車就報廢。液氧煤油發動機在地面可重複試車，重複點火。大大提高了火箭飛行的可靠性及性能。

四是精準可調。調節精度更高，如同自動擋的汽車，可以實現無級變速。

據了解，發動機通過推力調節，可以有效降低火箭飛行中的加速度，提高航天員的舒適度，降低對航天員的體能要求。未來，普通百姓也許不用經過複雜嚴苛的體能訓練，也有望「舒舒服服」地遨遊太空。

研製渦輪泵驗證試驗上千次

研製液氧煤油發動機最大的難點在於閉式循環系統。航天六院11所液氧煤油發動機研究室主任徐浩海解釋，由於是閉式循環，發動機燃燒室的室壓特別高，比常規發動機提高了100個大氣壓；高壓補燃主要是通過渦輪泵的旋轉增壓，渦輪泵的揚程最高達500個大氣壓，「相當於能把黃浦江的水打到青藏高原」。

渦輪泵需要的工作時長是數百秒，但第一台渦輪泵首次試車僅運轉了不到20秒。經過7次重大故障，驗證試驗上千次，直到第8年才達到設計目標——渦輪泵持續工作數千秒，是實際工作時長的10倍。

航天六院7103廠副總工程師張和平介紹，液氧煤油發動機推力大、轉速高，所以必須有高強度的結構。以發動機的推力室為例，數千度的高溫燃氣，必須保證不破壞推力室結構。所以他們使用了高溫合金、高強度不鏽鋼、納米塗層等近50種新材料。

單機試車相當於2.8級地震

液氧煤油發動機的試驗區位於秦嶺山區，擁有亞洲最大的火箭發動機試車台。航天六院165所液氧煤油試驗區試車指揮員張志濤介紹，試驗區相當於一個小型火箭發射場。「發動機所有在火箭上的運轉過程都能在試車台上重現，唯一的不同是火箭能夠升空，而試驗時的發動機是被定架約束在試車台上。」

「一個單機發動機在山坳里試車，產生的振動相當於2.8級地震。」張志濤說，「發動機點火時的轟鳴聲，相當於十萬人同時在吼。」試車台最多能實現兩台120噸發動機並聯試驗，測量發動機是否能夠同時平穩點火啟動。「任何兩個發動機的推力都不可能一模一樣，如果推力相差稍微大一點，火箭升空時直接就會歪掉，那麼設計時就要考慮如何平衡推力。」試車台還可以試驗發動機在極限環境下能夠承受的苛刻條件，判斷其是否還能夠穩定工作。

首次爆炸燒穿十幾毫米厚鋼板

「那幾年連續發生了好幾次爆炸。」徐浩海還記得，第一次發動機試車，從啟動到爆炸不到3秒鐘。「按下開關的瞬間，眼前已是一通火光，十幾毫米厚的鋼板立馬就被燒穿。」因為加工困難，花了整整一年，第一台產品就像獨生子，做得跟工藝品一樣。爆炸後大家心情非常沉重。

2001年，液氧煤油發動機進行了4次整機試車，4次都失敗。「一秒鐘就燒掉數百公斤推進劑，一次試車成本上千萬元。」欒希亭回憶，每當試車點火倒計時，手心裡都是一把汗，甚至有的人在試車頭一晚睡不著覺。

「發動機一出問題，爆炸了就啥都沒了。」徐浩海和同事們只能從爆炸碎片中分析故障。有個閥門問題的實驗，他們連續做了100多次，白天做實驗，晚上就分析數據、裝配產品，七天七夜；最長的一次，約300人在廠里住了整整3個月。（藍婧）

(責編：盧思宇)