专家披露中国空天飞机首飞时间 采用一级背二级

3.2发动机多次重复使用技术

液体火箭发动机以往几乎都是一次性使用。随着运载火箭多次重复使用的发展需要，亟待攻克发动机多次重复使用的核心技术，使发动机具备多次重复使用能力，并且尽可能增加重复使用次数。

发动机的推力室、涡轮泵、气体发生器、阀门和自动器、总装和摇摆组件、系统元件及其它零件，都需要显著提高可靠性和大大延长寿命，都要能承受回收着陆时的冲击。

对于产生推力且是主要振源的推力室，要重点解决与高温高压燃烧相关的传热和再生冷却问题及有效抑制不稳定燃烧问题。

以液氧为氧化剂和以煤油、甲烷、液氢等为燃料的推进剂，燃烧温度高达3200至3500摄氏度，传热和再生冷却的难度大。煤油的再生冷却性能有限和易结焦，液氧煤油推力室能重复使用10次就不错。甲烷比煤油好，但毕竟仍是碳氢燃料，液氧甲烷推力室能重复使用25次就很好。液氢再生冷却性能好，但相对于液氧的比例少，液氧液氢、三组元、切换燃料等推力室能重复使用50次应为上限。

应当指出，美国SpaceX公司用甲烷取代煤油用于猛禽Report发动机。这是一种好的选择，但不是必须的选择，也不是最佳的选择。因为液氧甲烷发动机用于助推和一级火箭的密度比冲低于液氧煤油发动机，用于二级和上面级火箭的真空比冲低于液氧液氢发动机。一种使用氢氧煤油燃料的三组元发动机，密度比冲与液氧甲烷相当，比冲高于液氧甲烷。重复使用次数可达50次。缺点是多一路燃料供应系统。

新提出的中等浓度70%~79%过氧化氢煤油或NHMF燃料或液氢或切换燃料推力室，使用方便的无毒可储存推进剂，燃烧温度只有1958至2277摄氏度。过氧化氢的再生冷却性能好和流量大。这些推力室有望重复使用200次。

几种新推力室是专为研制多次重复使用发动机而提出。继承和发扬金奖发动机结构较简单、用再生冷却隔板、可靠性高等优点。采用排放再生冷却隔板可有效抑制不稳定燃烧。

3.3发动机并联数多少和单机推力大小的相关技术

上面的公式表明，在并联发动机和单机的可靠性都一定的前提下，单机并联数与重复使用次数的乘积为常数。为了增加重复使用次数和提高工作可靠性，液体火箭发动机并联数宜用常规的不超过12台。像SpaceX公司那样取单机并联数为27、31和42也是可以的，但发动机重复使用次数只能取与煤油对应的10次和与甲烷对应的25次。火箭重复使用次数可以定200次乃至1000次，那就得中途多次更换用新的发动机。推力室可重复使用50次至200次，就可以减少这种更换次数，提高经济性。

在发动机总推力一定的前提下，单机并联数多就对应单机推力小，技术难度较小和易研制。核心技术重点在发动机并联技术。猎鹰重型火箭用27个批量生产的低成本梅林-1D发动机并联，再加用上回收重复使用的产品，火箭发射成本和报价有较大幅度降低。单机并联数少就对应单机推力大，技术难度会相应增加。核心技术重点在大推力发动机研制技术。几种新推力室也是为研制大推力发动机而提出，会使这种技术难度增加不太多。

美国猎鹰重型火箭(FHR)27机并联图

3.4气体发生器循环与高压补燃系统技术

气体发生器循环简单和室压较低，技术难度较小和可靠性高，但比冲性能较低。全流量分级燃烧循环的高压补燃系统则相反。还有全流量分级燃烧循环的中压补燃系统比较折衷。在确保可靠性的前提下，采用那一种循环系统都可以。中国已经掌握高压补燃液氧煤油发动机技术，应当继续采用，保持高性能的优点。作为上面级液氧液氢发动机，影响真空比冲的主要因素是喷管面积比而与室压关系不大，用气体发生器循环或中压补燃系统完全可以。用于芯级火箭的液氧液氢发动机，为了高的推进性能，还是应当釆用高压补燃系统。

对于已掌握高压补燃液氧煤油发动机技术的我国而言，高压补燃核心技术主要关键是要适用于增大数倍推力，以及研制高压补燃液氧液氢或液氧甲烷发动机。

中国120吨级高压补燃液氧煤油发动机

3.5节流变推力技术

SpaceX公司的火箭发动机具有20%至100%节流变推力能力，为此采用了适于节流的针栓式喷注器。这种设计主要是为了适应火箭垂直降落回收。对于一次性使用和火箭水平降落回收，70%至100%节流变推力足以适应并联发动机冗余设计，完全可用结构简单可靠的直流式喷注器。如果不采用并联发动机冗余设计，就不需要节流变推力，固定推力更简单。

4.攻克运载火箭及其发动机核心技术要走自己的路

对于什么是运载火箭及其发动机的核心技术，美国国营机构与民营航天企业的认识有相同和不同之处。相同的是都要造重型载人登火星火箭及其总推力大的发动机。不同的主要是火箭规格大小和使用次数。NASA坚持火箭不太大和一次性使用，参照当年载人登月来载人登火星，技术上简单、可靠和继承性好。SpaceX坚持火箭要做大和很多次重复使用，是为了大幅度降低火箭发射成本，便于成规模长期开发火星。甚至想利用火星的二氧化碳和水生产液氧和甲烷，用作飞船返回地球的推进剂。

其它差別也不少，是分別用芯级火箭和一、二级分置火箭，用到和不用固体火箭，火箭水平降落回收和垂直降落回收，采用常规少的单机并联数和多的27至42机并联，单机推力大到680吨以上和小到357吨以下，分別用液氢和甲烷燃料，固定推力和20%至100%变推力。

美国国营机构与民营航天企业的不同做法各有利弊，相应的核心技术各有特点，都可以借鉴。值得关注的是俄罗斯总统普京最近强调，按计划于2028年试飞超重型运载火箭，并声称此举对维持俄罗斯国防实力具有重大意义。

总的来说，运载火箭及其发动机的核心技术是一种综合性先进技术，需要根据各自的指导思想和具体情况来进行侧重面不同的技术攻关。

中国需要缩小与美国的航天技术差距，但中国是一个发展中国家，不应该花大量钱跟着搞载人登火星工程。尤其是在对开发火星可行性意见不一致时。为了中国航天发展和加强国防建设，应当尽早正式立项和研制长征九号运载火箭及其发动机，实施载人登月工程和空间太阳能电站等项目。先一次性使用，如今后需要也可改进为多次重复使用。只有载人登月取得经验，将来才能有效实施载人登火星。

太空旅游是好项目。像美国大猎鹰火箭(BFR)那样开展正式的太空旅游，一是价格仍然较高，一般富裕民众承受不起；二是美国哥伦比亚号航天飞机从轨道再入大气层失事，又造成七名乘员殉职的阴影仍在。鉴于中国人出境游每年早已超过一亿人次，大众太空游会有好的市场前景。前提是确保安全可靠，成本降低到大批人能承受的程度。因此，宜结合超音速客机(高飞)研制亚轨道先期太空旅游飞机，可使乘客短时间体验失重和从50公里以上高度看地球和天空。为此需要开发有自主知识产权的空天发动机。这种发动机使用无毒可储存推进剂很方便，较小的技术难度利于开发。

除大的项目外，在技术发展上要继承和发扬我国的优良传统，结合中国特点认真学习外国的先进经验，自主创新，走自己的路。走自己的路要用两条腿，一条腿是在长征五号运载火箭基础上的放大和改进，另一条腿是有自主知识产权的创新。我国金奖发动机推力室设计采用了A、B方案制，结果结构较简单的B方案反而一试成功成为优选最终方案。这个经验应当用到长征九号发动机等新型推力室的研制中去。

结语

经过六十年发展，中国已从航天空白变成世界航天大国。中国的运载火箭及其发动机具有较高的技术水平。但是，中国与美、俄世界航天强国有显著差距。尤其与美国的差距相当大。

当前和今后相当长一段时间内，亟待攻克运载火箭及其发动机核心技术，缩小差距和努力赶超世界先进水平，实现从航天大国向航天强国的转换。

攻克核心技术一定要从国情和现状的实际出发，继承和发扬优良传统，努力学习别人的好做法并透过现象看本质，注重知识产权，努力创新走自己的路。

美国当年通过实施阿波罗登月计划集中发展了一批以航天技术、计算机技术、通信技术为主体的尖端技术。这些技术给美国带来长达几十年的经济繁荣。据NASA透露，即使在2003年哥伦比亚号航天飞机失事后，美国在载人航天上投入的每1美元仍能收到9美元的效益。

当前的问题是在世界上先行提出的航天动力自主创新没有资金支持，无法深入论证、试验、立项和开发。日前，我国从国家层面提出"提高关键核心技术创新能力"的规划。特别强调突破关键核心技术不仅需要调动科研人员的积极性，还需要创新资金等方面的支持。希望相关部门尽快提出具体举措，以落实关键核心技术创新能力的原创性突破。也希望中国的商业投资机构和和大企业家把握住这个好机遇，适时介入，为发展壮大我国的民营航天事业作贡献。

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