【#国内首次实现液体火箭动力重复使用#】
微信公众号“ 西安航天动力研究所”9月13日消息,近日,由西安航天动力研究所自主研制的某型液氧煤油发动机首次实现重复飞行试验验证。该型发动机作为某飞行器主动力装置参加首飞试验后,经检测维护,再次装配并顺利完成了重复飞行试验,国内首次实现了液体火箭动力的重复使用。

起步:设计之初考虑多次工作要求

液体火箭发动机作为航天运载器的主要动力装置,功能全、性能高、技术难度大、研制周期长,液体火箭发动机的可重复使用技术,对可重复使用航天运载器至关重要。

20世纪80年代,美国的航天飞机计划取得成功,实现了部分重复使用的目标,虽然航天飞机主发动机(SSME)进行了持续改进,但该发动机在实际工作中远未达到55次飞行的设计目标,且重复使用过程中维护检测流程复杂,成本高昂,2011年SSME随航天飞机退役。进入新世纪,美国私营企业SpaceX的火箭垂直起降回收技术引人关注,2015年底至2016年初,成功完成了陆上发射场回收和海上平台回收,代表了可重复使用运载器的最新进展。

液氧煤油发动机是我国新一代运载火箭的主要动力装置,具有高性能、大推力、无毒无污染等优点。该发动机从设计之初,部组件方案及总体布局按多次工作的要求开展论证,所有阀门均为可多次工作的气动、电动、液动等工作形式,地面研制试验实现了单台发动机不下台重复试车8次。

“十三五”期间,我所预先开展了液氧煤油发动机重复使用关键技术研究,取得了大量理论和试验研究成果,为液氧煤油发动机重复使用奠定了基础。

攻关:重复使用五大关键技术

由于天地工作环境的差异性及各种保障条件的限制,液氧煤油发动机飞行重复点火与地面试验重复点火不能简单划等号,飞行力、热等环境条件也更加恶劣,因此液氧煤油发动机重复使用需要攻克的关键技术难题更多,主要有以下几个方面:

一、多次点火技术

采用垂直起降的航天运载器都需要发动机具备多次点火能力,像SpaceX公司开式循环液氧煤油发动机梅林-1D(Merlin-1D),在猎鹰9号垂直起降过程最多要点火工作3次。

液氧煤油发动机采用了绿色、环保的推进剂组合,可在一次点火工作后进行吹除处理后,实现发动机重复点火工作,技术上具有重复使用能力。但航天运载器飞行时,无法实现和地面试验相同的吹除等保障条件,同时由于低温发动机点火准备阶段需对低温系统进行预先预冷,所以点火准备期的流程和地面也有较大差异。对于补燃循环液氧煤油发动机,这些制约条件将更加凸显,需要对发动机进行技术研究,优化发动机点火准备阶段的预冷流程,简化发动机关机后至点火前的吹除处理方案。

目前,我国补燃循环液氧煤油发动机已在地面试验实现了不间断三次点火起动,摸索出了重复点火工作间的吹除处置和预冷方法。

二、大范围变推力技术

垂直起降的航天运载器在返回过程中,由于推进剂剩余量逐渐减少,运载器重量越来越轻,需要发动机具备大范围推力调节能力,才能实现减速或地面软着陆。要实现发动机的大范围变推力,需设置调节元件和驱动机构,同时对调节精度和调节速率有要求。另外,工作条件的大范围变化对发动机推力室等热力组件及涡轮泵等主要组件的工作适应能力提出了很高要求。

我国液氧煤油发动机具备无级推力调节能力,通过地面试车进行充分验证,其中推力调节机构和大范围推力调节能力在新一代长征八号运载火箭上实现了飞行验证。

三、力、热防护技术

与一次性使用运载器相比,重复使用运载器不仅要求发动机在上升段工作,而且返回段也要再次点火工作用于运载器减速或着陆,特别是返回段的气动力载荷条件、喷口反流热流条件等更加苛刻,需要对发动机进行力、热防护技术研究。另外,非工作段部分贯通内腔的接口也需要考虑返回段外界气压的变化进行正压或反向密封保护。

某飞行器试验的成功,初步验证了液氧煤油发动机对重复使用飞行力、热载荷条件及免维护防护措施的有效性。

四、重复使用状态评估技术

为了实现发动机重复使用工作的可靠性,需要对返回后的发动机进行状态评估,用于判定发动机是否具再次飞行的能力,特别是对工作条件恶劣的热力组件热疲劳、转子组件结构应力疲劳开展专项研究。另外,发展并采用在线实时健康诊断技术,实现飞行阶段发动机工作状态的健康监测或采用动力冗余运载器的弹道重构。

国内液体火箭发动机地面故障诊断系统在液氧煤油发动机研制试验中应用较早,技术成熟。2022年3月在新一代长征六号甲运载火箭上首次实现了飞行健康监控系统的实战应用。通过液体动力健康诊断相关技术研究,液氧煤油发动机在试车或飞行后状态评估技术方面也开展了大量研究工作。

五、重复使用检测维护技术

为了实现低成本,体现出发动机重复使用的价值,要求对返回后的发动机进行的检测项目越少越好,维护越简单越好,这与发动机健康状态评估是一对矛盾体,需要开展深入研究,在健康状态评估的基础上尽量简化检测维护方案,最终实现发动机的低成本、短周期快速检测维护。

液氧煤油发动机通过发射场使用维护简化研究及重复使用相关维护处理技术研究,实现操作维护项目大幅度精简,首次实现低温火箭液氧加注后无人值守功能验证。

展望:为完全重复使用积累了宝贵经验

为了实现发动机短周期处理再次交付飞行,研制团队在液氧煤油发动机重复使用技术课题研究的基础上,针对性地制定了发动机检测维护方案,做到了短期快速处理交付原机,初步实现了液氧煤油发动机重复使用。

随着人类对太空探索的深入开展,宇航动力技术开始进入创新发展和规模化发展阶段。各航天大国都在积极推动运载火箭升级换代,谋求快速、可靠、低成本地进入太空。主要航天国家和地区都已建立了比较完善的运载火箭型谱,能够满足大、中、小型有效载荷的发射任务。主要航天国家大力发展重型运载火箭,为满足未来执行载人登月及探火、大规模深空探测等任务需求;不断推动可重复使用运载器的工程化应用,开展关键技术攻关和试验验证。基于前期关键技术验证和雄厚的专业基础,美俄等主要国家下一代火箭动力产品进入整机试车阶段,为其新型航天运输工具提供先进动力基础。

所长张晓军表示:“我国液氧煤油发动机首次重复飞行成功,标志着发动机重复使用技术进入实战阶段,我们将进一步关注发动机的高可靠性、低成本、高性能,持续开展可重复使用技术探索,为我国快速大规模进出太空空间提供坚强动力保障。”

【#国内首次实现液体火箭动力重复使用#】
微信公众号“ 西安航天动力研究所”9月13日消息,近日,由西安航天动力研究所自主研制的某型液氧煤油发动机首次实现重复飞行试验验证。该型发动机作为某飞行器主动力装置参加首飞试验后,经检测维护,再次装配并顺利完成了重复飞行试验,国内首次实现了液体火箭动力的重复使用。

起步:设计之初考虑多次工作要求

液体火箭发动机作为航天运载器的主要动力装置,功能全、性能高、技术难度大、研制周期长,液体火箭发动机的可重复使用技术,对可重复使用航天运载器至关重要。

20世纪80年代,美国的航天飞机计划取得成功,实现了部分重复使用的目标,虽然航天飞机主发动机(SSME)进行了持续改进,但该发动机在实际工作中远未达到55次飞行的设计目标,且重复使用过程中维护检测流程复杂,成本高昂,2011年SSME随航天飞机退役。进入新世纪,美国私营企业SpaceX的火箭垂直起降回收技术引人关注,2015年底至2016年初,成功完成了陆上发射场回收和海上平台回收,代表了可重复使用运载器的最新进展。

液氧煤油发动机是我国新一代运载火箭的主要动力装置,具有高性能、大推力、无毒无污染等优点。该发动机从设计之初,部组件方案及总体布局按多次工作的要求开展论证,所有阀门均为可多次工作的气动、电动、液动等工作形式,地面研制试验实现了单台发动机不下台重复试车8次。

“十三五”期间,我所预先开展了液氧煤油发动机重复使用关键技术研究,取得了大量理论和试验研究成果,为液氧煤油发动机重复使用奠定了基础。

攻关:重复使用五大关键技术

由于天地工作环境的差异性及各种保障条件的限制,液氧煤油发动机飞行重复点火与地面试验重复点火不能简单划等号,飞行力、热等环境条件也更加恶劣,因此液氧煤油发动机重复使用需要攻克的关键技术难题更多,主要有以下几个方面:

一、多次点火技术

采用垂直起降的航天运载器都需要发动机具备多次点火能力,像SpaceX公司开式循环液氧煤油发动机梅林-1D(Merlin-1D),在猎鹰9号垂直起降过程最多要点火工作3次。

液氧煤油发动机采用了绿色、环保的推进剂组合,可在一次点火工作后进行吹除处理后,实现发动机重复点火工作,技术上具有重复使用能力。但航天运载器飞行时,无法实现和地面试验相同的吹除等保障条件,同时由于低温发动机点火准备阶段需对低温系统进行预先预冷,所以点火准备期的流程和地面也有较大差异。对于补燃循环液氧煤油发动机,这些制约条件将更加凸显,需要对发动机进行技术研究,优化发动机点火准备阶段的预冷流程,简化发动机关机后至点火前的吹除处理方案。

目前,我国补燃循环液氧煤油发动机已在地面试验实现了不间断三次点火起动,摸索出了重复点火工作间的吹除处置和预冷方法。

二、大范围变推力技术

垂直起降的航天运载器在返回过程中,由于推进剂剩余量逐渐减少,运载器重量越来越轻,需要发动机具备大范围推力调节能力,才能实现减速或地面软着陆。要实现发动机的大范围变推力,需设置调节元件和驱动机构,同时对调节精度和调节速率有要求。另外,工作条件的大范围变化对发动机推力室等热力组件及涡轮泵等主要组件的工作适应能力提出了很高要求。

我国液氧煤油发动机具备无级推力调节能力,通过地面试车进行充分验证,其中推力调节机构和大范围推力调节能力在新一代长征八号运载火箭上实现了飞行验证。

三、力、热防护技术

与一次性使用运载器相比,重复使用运载器不仅要求发动机在上升段工作,而且返回段也要再次点火工作用于运载器减速或着陆,特别是返回段的气动力载荷条件、喷口反流热流条件等更加苛刻,需要对发动机进行力、热防护技术研究。另外,非工作段部分贯通内腔的接口也需要考虑返回段外界气压的变化进行正压或反向密封保护。

某飞行器试验的成功,初步验证了液氧煤油发动机对重复使用飞行力、热载荷条件及免维护防护措施的有效性。

四、重复使用状态评估技术

为了实现发动机重复使用工作的可靠性,需要对返回后的发动机进行状态评估,用于判定发动机是否具再次飞行的能力,特别是对工作条件恶劣的热力组件热疲劳、转子组件结构应力疲劳开展专项研究。另外,发展并采用在线实时健康诊断技术,实现飞行阶段发动机工作状态的健康监测或采用动力冗余运载器的弹道重构。

国内液体火箭发动机地面故障诊断系统在液氧煤油发动机研制试验中应用较早,技术成熟。2022年3月在新一代长征六号甲运载火箭上首次实现了飞行健康监控系统的实战应用。通过液体动力健康诊断相关技术研究,液氧煤油发动机在试车或飞行后状态评估技术方面也开展了大量研究工作。

五、重复使用检测维护技术

为了实现低成本,体现出发动机重复使用的价值,要求对返回后的发动机进行的检测项目越少越好,维护越简单越好,这与发动机健康状态评估是一对矛盾体,需要开展深入研究,在健康状态评估的基础上尽量简化检测维护方案,最终实现发动机的低成本、短周期快速检测维护。

液氧煤油发动机通过发射场使用维护简化研究及重复使用相关维护处理技术研究,实现操作维护项目大幅度精简,首次实现低温火箭液氧加注后无人值守功能验证。

展望:为完全重复使用积累了宝贵经验

为了实现发动机短周期处理再次交付飞行,研制团队在液氧煤油发动机重复使用技术课题研究的基础上,针对性地制定了发动机检测维护方案,做到了短期快速处理交付原机,初步实现了液氧煤油发动机重复使用。

随着人类对太空探索的深入开展,宇航动力技术开始进入创新发展和规模化发展阶段。各航天大国都在积极推动运载火箭升级换代,谋求快速、可靠、低成本地进入太空。主要航天国家和地区都已建立了比较完善的运载火箭型谱,能够满足大、中、小型有效载荷的发射任务。主要航天国家大力发展重型运载火箭,为满足未来执行载人登月及探火、大规模深空探测等任务需求;不断推动可重复使用运载器的工程化应用,开展关键技术攻关和试验验证。基于前期关键技术验证和雄厚的专业基础,美俄等主要国家下一代火箭动力产品进入整机试车阶段,为其新型航天运输工具提供先进动力基础。

所长张晓军表示:“我国液氧煤油发动机首次重复飞行成功,标志着发动机重复使用技术进入实战阶段,我们将进一步关注发动机的高可靠性、低成本、高性能,持续开展可重复使用技术探索,为我国快速大规模进出太空空间提供坚强动力保障。”

【今昔对比黑龙江,这些变化“杠杠滴”】
“十”在钟表上转动希望,
一分耕耘,一刻收获,接续四季更迭。
“十”在司南上指明方向,
一横东西,一竖南北,迎接八面来风。

抚今追昔,以“十”数说。
站在“十”字交汇处,坐标中国最东北,
黑龙江这十年,发生了哪些变化?

这十年,

黑龙江环境保护的“生态绿”越来越浓

2014年春天,小新亲眼见证停伐前的“最后一棵树”倒下,最后一声“顺山倒”的号子“宣告”龙江森工等中国北疆重点林区全面停止商业性采伐。

之后,又见证了伐木人变护林人、捕猎者变巡护员。渐渐,猎套越来越少了,虎豹越来越多了。

如今,黑龙江省森林面积21万平方公里,居全国第2位;湿地面积3.5万平方公里,占全国近15%。

江河湖泊水质不断提升,空气优良天数比例达94.8%。森涛林海绿更浓,蓝天碧水风更清。

这十年,黑龙江文体旅融合的“新画卷”越来越美

以“生态绿”作底色,以大森林、大草原、大湿地、大湖泊、大界江、大冰雪作颜料,黑龙江勾勒出越来越美的自然画卷。

这里春有百花,可赏花、观鸟、观开江。
这里秋有五花,可登山、采摘、泡温泉。

这里夏有凉风,“森林氧吧”与“天然空调”带火了自驾游、露营游。

这里冬有雪花,从赏冰观雪到玩冰乐雪,互动体验更“野”了,冰雪产业更“热”了。

十年间,黑龙江省冰雪运动员获得世界冠军242个;北京冬奥会上,中国9枚金牌中有4枚来自龙江健儿。“旅游+体育”搅热寒冬,黑龙江省冰雪运动参与率57.8%。

十年间,哈尔滨之夏音乐会、哈尔滨国际啤酒节等文化活动争奇斗艳。黑龙江拥有地处边境的异域风情、少数民族的风土人情、包揽中国“南北极点”的极地风貌,“旅游+文化”让旅游深起来、让文化动起来。

这十年,对外开放“大通道”越来越畅

边境线绵延2981公里,国家一类口岸27个,拥有悠久开放历史的黑龙江更深融入共建“一带一路”,正在发展成为中国向北开放新高地。

高水平立体化开放通道更畅了。中俄首座跨江公路大桥正式通车,中俄首座跨江铁路大桥铺轨贯通,哈尔滨机场成为中国十大国际航空枢纽。

对外开放平台建设水平更高了。2019年中国最北的黑龙江自贸试验区设立,至2022年累计外贸额达690.84亿元。

黑龙江越来越国际化,中俄博览会、中俄文化大集等国际盛会不断升级,传统外贸经历向跨境电商、直播带货的华丽转身。

这十年,“老工业基地”越来越焕新

老工业基地振兴的鼓点越来越强,新时代的“国之重器”不断产出。哈电集团自主研制的白鹤滩水电站首批机组投产发电,在建规模全球第一、单机容量世界第一,助力改善能源结构、“双碳”目标实现。

铁人精神历久弥新。大庆油田作为中国陆上第一大油田,十年累计生产原油24.6亿吨,页岩油勘探开发取得重大突破。

产业结构不断优化。黑龙江发展数字经济、生物经济、冰雪经济、创意设计产业,吸引华为、腾讯、百度等一批行业领军企业向北落户。

这十年,“中华大粮仓”越来越丰实

夏去秋来,稻菽飘香,丰收在望,全国每9碗饭就有1碗来自黑龙江。黑龙江十年累计为中国贡献粮食1.47万亿斤,粮食总产量、商品量、调出量均居全国第一。

从“吃得饱”到“吃得好”,黑龙江为“中国饭碗”装上更好的“中国粮”。8800多万亩的绿色有机食品认证面积居全国第一,培育了北大荒、飞鹤、完达山、五常大米等一批知名品牌,优质奶粉产量居全国第一。

从“会”种田到“慧”种田,黑龙江农业现代化发展如秧苗拔节成长。农业机械化率达98%以上,农业与科技、数字、生物经济融合发展,生物育种、智能农机、卫星导航等技术赋能增产。

这十年,科技创新“含金量”越来越足

大粮仓和老工业“插上科技的翅膀”,源于黑龙江的科教资源和创新底蕴,拥有哈尔滨工业大学等78所高等院校和40位“两院”院士,近十年获得国家科技奖144项。

科技创新为中国载人航天、嫦娥探月、火星探测、奋斗者号深潜等重大工程提供了“硬核”支撑,哈大齐国家自主创新示范区、佳木斯国家农业高新技术产业示范区启动建设。

这十年,民生福祉“含糖量”越来越高

十年间,黑龙江累计新增城镇就业628万人,棚户区、老旧小区、农村危房改造成效明显。

相较2012年,高速铁路里程增加1277公里,高速公路网日趋完善,民用运输机场增至14个。

每千人医疗卫生机构床位数由2012年的4.79张,增加到2021年的8.34张,高于全国平均水平。
2018年秋,
小新执笔了《这,就是黑龙江》。
2022年秋,
小新再执笔《黑龙江,这十年》。
“新”眼看龙江,十年在指间流动,十年在笔尖定格。

“十”在钟表上转动希望,


中国最东端每天最早迎来阳光,


找到了东,就找到了希望。

“十”在司南上指明方向,


中国最北端找北寻冷邂逅极光,


找到了北,就找到了方向。
这就是充满希望、找到方向的黑龙江,
中国最东北的地方。


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