載入中國商業航天史的20秒：藍箭航天「天鵲」推力室點火試車成功

9 月 27 日，DT 君在現場見證了中國商業航天公司藍箭航天自主研發的 80 噸液氧甲烷發動機天鵲 (TQ-12) 短噴管推力室熱試車，推力室在藍箭航天位於湖州大山中自建的試車台進行了 20 秒的短程點火試車並取得成功。這為「天鵲」（TQ-12）發動機後續的全系統試車以及「朱雀二號」液體運載火箭的首飛也增添了一抹亮色，中國商業航天在坎坷的賽道上正加速向前。

圖丨天鵲 (TQ-12) 短噴管推力室熱試車（來源：藍箭航天）

發展航天，動力先行

馬斯克成就 SpaceX 的傳奇之後，全球無數繼起之追趕者。但當包括 SpaceX 和藍色起源都將精力瞄準了一種不同尋常的發動機——液氧甲烷發動機之後，競爭變得更加激烈。

和目前世界各國已經使用多年的煤油、液氫乃至被視作「毒物」的偏二甲肼/四氧化二氮相比較，液態甲烷具備成本低、較易貯存、無毒無污染、維護方便的特點。而作為低溫推進劑的液態甲烷，其黏度低（為煤油的 1/3）、結焦和積碳現象少等優點明顯。

圖丨甲烷燃燒（來源：Wikipedia）

如果單純從應用層面來說，液態甲烷存在著密度較小、飽和蒸汽壓高，致使密度比沖偏小且燃料泵的抗汽蝕性能不易保證等固有缺點。但對於按照商業化思路來經營的民營公司來說，最為重視的還是性價比，這個時候，甲烷的優勢就體現出來了。以藍箭航天此次的短噴管推力室熱試車為例，其使用民用甲烷的價格僅為每公斤 3 至~5 元，成本只有不到液氫的三十分之一。

更重要的是，不易結焦的特性使得以液氧甲烷為燃料的發動機同樣具有優秀的重複使用潛力，可以保證發動機具備幾十次甚至上百次的使用次數，這對於亟待依靠大規模重複使用來降低發射成本的衛星公司來說可謂是莫大的喜訊。

圖丨SpaceX 的獵鷹9號定義了經典的「可回收火箭」（來源： SpaceX ）

鑒於液氧甲烷推進劑以上種種的優點，美俄等主要航天強國都不同程度地開發過該類型的發動機。目前，全球範圍內最知名的液氧甲烷發動機廠商就是美國的「航天雙子」——「鋼鐵俠」馬斯克旗下的 SpaceX 和首富貝索斯執掌的藍色起源。

圖丨BE-4與「猛禽」兩款發動機（來源：Reddit）

可以說，無論是 Raptor（猛禽）還是 BE-4 都絕對符合大型火箭發動機的標準，而且這兩款發動機都已經進入到了地面測試和小批量生產階段。其中，BE-4 更是成功將 Aerojet Rocketdyne 的 AR-1 發動機擊敗，拿下了聯合發射聯盟（ULA）下一代火神（Vulcan）火箭的一級發動機的大單。

而將視線放回國內，藍箭航天是目前在液氧甲烷發動機領域進展最快的民營航天公司。2018 年 3 月，「天鵲」（TQ-12）80 噸液氧甲烷發動機推力室設計工作完成，9 月 1 日短噴管推力室順利交付，在 9 月 24 日，已經進行了 1.5 秒的箱壓點火試驗和 5 秒的短程試驗，9 月 26 日進行了 10 秒短程試車。需要注意的是，該型短噴管推力室與「天鵲」（TQ-12）發動機最終的全狀態推力室版本相比不包含噴管延伸段，噴口面積比為 4：1。

圖丨「天鵲」（TQ-12）80 噸液氧甲烷發動機（來源：藍箭航天）

推力室通常由噴注器、燃燒室、噴管延伸段組成。短噴管推力室就是包含了噴注器和燃燒室的推力室，與全狀態的推力室的差別僅在於沒有噴管延伸段。推力室研製的核心問題是燃燒特性和燃燒室冷卻性能，因而採用短噴管狀態代替全狀態推力室，可以滿足大部分關鍵項目的測試需求，如噴注器燃燒效率測試、燃燒穩定性測試、冷卻夾套傳熱性能測試、結構可靠性測試等等。以短噴管推力室先行試車，待推力室狀態穩定後，再加上噴管延伸段進行全狀態考核，這是世界範圍內氫氧發動機研製上常用的做法，可以大幅度加快研製進度。

主持該產品研發的藍箭航天高級工程師袁宇表示，大量的試驗是發動機研製成功的必要條件。液體火箭發動機集燃燒、傳熱、流體力學、結構力學、低溫技術、測控技術等多種學科與技術於一體，僅僅依靠模擬計算無法滿足發動機的研製，必須開展各種大量的試驗，一台成熟穩定的發動機，累計試車時間要達到 20,000 秒以上。

9 月 27 日短噴管推力室熱試車在 60% 的工況條件下進行，目的是驗證「天鵲」（TQ-12）發動機推力室四個方面的內容：

一、即驗證噴注器在低工況下的燃燒效率，探索噴注器的節流工作下限；二、驗證推力室低工況下的燃燒穩定性，獲得壓力波動及相關的震動數據；三、驗證再生冷卻與氣膜複合冷卻方案的熱防護性能，獲得甲烷超臨界換熱性能數據；四、驗證噴注器結構和材料新方案的可靠性；為後續產品的試驗打下了的基礎。

值得注意的是，本次短噴管推力室試車是在藍箭航天自建的高壓擠壓試車台上進行的，這也是國內唯一的民營熱試車台，主管試車台的高級測試系統工程師張昉介紹，該熱試車台高壓擠壓能力國內領先，氣源壓力高達 35MPa，貯箱壓力最高可達 32MPa，單側貯箱容積 4m3，綜合指標可以名列全國前三甲。

圖丨試車台試車現場（來源：DeepTech）

而就在該試車台的旁邊，已經計劃建造 120 噸級的發動機全系統試車台，預計將會在明年春節期間完成，屆時，完全狀態下的天鵲 (TQ-12) 發動機將迎來更為全面完整的考驗。

量產火箭，智能製造

在距離熱試車台約 20 公里的黃芝山下，藍箭航天的智能製造基地坐落於此。未來，火箭部分零組件的測試和最終的總裝都將在這裡進行。

圖丨藍箭航天智能製造基地（來源：DeepTech）

製造基地總共分為 5 各區域，分工明確：

冷態試驗區：用於液體火箭發動機零件、組件的各項性能測試。包括液流試驗台、氣流試驗台、低溫軸承試驗台、低溫動密封試驗台、閥門高壓試驗台、液壓試驗系統、真空烘乾箱、閥門低溫試驗台、振動試驗台、高低溫環境試驗台、泵水力試驗台等。可開展百噸級以下推力發動機組部件的各類性能及典型試驗，也可進行液體火箭組部件的相關性能試驗；

儲箱生產區：用於火箭貯箱的生產製造，配有大型的攪拌摩擦焊和環焊設備；

發動機裝配區：用於液體火箭發動機各部件及整機的裝配，保持恆溫恆濕的環境。包含閥門裝配試驗、渦輪泵裝配試驗、發動機總裝試驗，其中閥門裝配區域為 10 萬級潔凈間；

製造檢測區：用於箭體及發動機零組件的製造、檢測等；

火箭箭體總裝區：用於火箭箭體總裝、總測，具有高精度的水平對接裝置。在此完成箭體發動機的對接、火箭的整件裝配。

圖丨藍箭航天智能製造基地鳥瞰圖（來源：藍箭航天）

目前，藍箭航天智能製造基地基礎設施建設全部完工，發動機試驗總裝區域逐步投入使用。今年春節，天鵲發動機將進行全系統試車，2020 年，第一台 80 噸液氧甲烷運載火箭將在這裡組裝完成。未來，藍箭航天在湖州的智能製造基地將具備 200 餘人辦公生產規模，到 2022 年，將形成年產 200 台發動機，15 枚中型運載火箭的能力。

商業航天，中國航天

中國航天事業如今已經走過 60 余載的歲月，結出了豐碩的成果，中國一步步從一窮二白髮展至如今的航天大國。但相比之下，以藍箭為代表的中國商業航天從 2015 年艱難起步，至今不過 3、4 年的光景。

圖丨「中國航天之父」錢學森（來源：Wikipedia）

對於整個中國的航天產業而言，一段時間以來紛紛擾擾的爭論和聲音並不應該僅僅局限於「國」與「民」孰進孰退的困局中，真正需要被了解的嚮往太空的無數個個體——從業的工程師、熱心的愛好者、報道的媒體人……畢竟他們共同構築成了偉大事業的根基。

1992 年，解放軍總裝備部政治部作曲家曹進來到一個位於深山裡的導彈基地體驗生活。在那裡，曹進看到的是不便的交通和艱難的生活環境，但也恰恰就是在這裡，駐守的解放軍們依舊任勞任怨，以自己的力量扛起了祖國的國防事業。

臨行時，曹進接過戰士們送給他的香煙，卻發現滿滿的煙盒裡裝滿都是他自己原本送給戰士們的香煙。或許是情至深處，亦或是心生感動，創作的靈感激發出了曹進寫下了一首《祖國不會忘記》。

在征服宇宙的大軍里

那默默奉獻的就是我

……

在通往宇宙的征途上

那無私拼搏的就是我

圖丨油畫《光榮歲月》描繪了「兩彈元勛」們在導彈發射場等待發射的情景（作者：駱根興）

寥寥幾句歌詞描繪出了國防和航天工作者在當時最真實的生活寫照，是對「兩彈一星」精神最好的詮釋，也逐漸成為中國航天最好的推廣曲。

2016 年，中國商業航天艱難起步時，一首五月天的《頑固》再次引起了眾多航天人和關注太空的愛好者的共鳴。

你當時相信

的那些事情

會在如今

變成美麗風景

……

在這個以航天工程師為主角的 MV 中，夢想是最好的主題。這或許並不僅僅是個巧合，就如同谷歌創始人拉里·佩奇所說的那樣，「我不擔心蘋果、Facebook 來爭搶人才，因為我為谷歌編製了一個足夠宏偉的夢想和願景，但我唯一擔心的就是 NASA，因為他們的夢想是全宇宙。」

圖丨NASA的夢想（作者：Karina Eibatova）

兩個年代，兩首歌曲，唱出的不僅僅是兩個不同的心境，也是處在轉型時期的中國航天最容易激發出來的碰撞與矛盾。

破解前進路上的種種困局，塑造中國航天的新面貌，絕非一朝一夕可以完成。就在湖州，這裡見證了 2000 多年前勾踐夫差的吳越之戰和霸王項羽率八千江東子弟西擊暴秦。在改革的路上，中國航天依舊需要「有志者, 事竟成」的信念和「苦心人，天不負」的勇氣。

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