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航天|我国最大的分段式固体火箭发动机试车成功 西安科技为航天运输提供更加澎湃的固体动力“心”

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西安新闻网讯 12月30日 ， 中国航天固体动力的“十三五”收官之战在西安白鹿原试验基地打响 。 由中国航天科技集团四院自主研制的我国直径最大、装药量最大、工作时间最长的固体分段式助推器——民用航天3.2米3分段大型固体火箭发动机地面热试车取得圆满成功 。 标志着我国已经成熟掌握大型分段式固体火箭助推发动机的关键技术 。
直径3.2米分段式固体助推发动机是四院进军民用商业航天领域的代表性产品 ， 也是四院固体火箭发动机家族中名副其实的“大力士” 。 2018年 ， 在民用航天项目的支撑下 ， 四院启动了规模更大的直径3.2米3分段技术验证固体发动机的研制工作 。 该发动机装药量、工作时间和最大推力都比以往提高不少 ， 对发动机的设计可靠性和研制能力提出了更高挑战 。
在运载火箭领域 ， 固体发动机主要作为全固体运载火箭的主发动机、捆绑式运载火箭的助推发动机使用 。 “固体发动机要真正运用到宇航运载领域 ， 必须要达到更大推力才行 。 ”发动机总师王健儒指出 ， 分段式固体发动机具有推力大、工作时间长 ， 结构尺寸大等特点 ， 是运载火箭实现大起飞推力的有效途径 。 同时 ， 采用分段技术 ， 可大幅降低发动机技术难度、研制条件难度以及研制成本 。 作为实现固体发动机大型化的关键技术 ， 分段对接技术在目前国际上被普遍使用 。 其主要是将燃烧室分成若干段 ， 每段燃烧室独立绝热、浇注 ， 最终通过模块化组合装配 ， 实现有限直径内大装药、大推力的技术需求 。
在两年多时间里 ， 研制团队详细比对各种技术方案 ， 顺利攻克了大直径分段壳体成型精度控制与可靠连接密封技术、大型燃烧室热防护结构设计与成型技术、分段式发动机燃烧稳定性设计技术、大型喷管RTM扩张段设计与成型技术等多项重大关键技术 ， 解决了技术难点10余项 ， 形成了新设计方法5套、新工艺3套、编制设计规范6篇 ， 具有完全自主知识产权 。
该发动机创新性地首次验证了多分段发动机点火瞬态流场匹配性仿真技术 ， 应用了NBR和CFBR组成的复合绝热结构成型方法 ， 突破了低成本大尺寸喷管结构设计与成型技术 ， 更重要的是为大型多分段发动机总装与总测技术研究提供了支撑 。
【航天|我国最大的分段式固体火箭发动机试车成功 西安科技为航天运输提供更加澎湃的固体动力“心”】同时 ， 四院积极开展大协作 ， 充分利用社会资源 ， 集中力量攻克难关 ， 克服了直径和规模增大带来的发动机机加、探伤、对接、装配、运输、检测、试验等多项研制和生产难题 ， 终于取得了发动机试车的成功 ， 再一次刷新了我国大型分段式固体发动机的多项纪录 。
未来 ， 3.2米发动机可以应用于大型、重型运载火箭固体助推器中 ， 将单段规模进行拓展 ， 发动机推力将大幅提升 ， 可满足我国空间装备、载人登月、深空探索的不同发展需求 ， 为建立并完善国内的固体、液体运载火箭相结合的完善的航天运输系统 ， 构建国内快速空间信息支援能力和控制空间能力提供更加强大有力的动力支撑 。
据悉 ， 四院立足我国运载火箭型谱化发展需求 ， 正在开展综合性能达到世界先进水平的500吨大推力的整体式固体发动机研究 ， 全力推进固体动力技术在我国未来新型运载火箭中的应用 ， 助力中国把视野拓展到更为遥远的星宇深空 。
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看看固体火箭有哪些先天优势
从国外发展来看 ， 固体助推发动机在大型运载火箭中得到了广泛应用 ， 成为航天运输系统的重点发展方向之一 。 特别是近年来小卫星的快速发展更推动了固体运载火箭市场的蓬勃发展 。 那么 ， 固体火箭发动机有何优势呢？
据介绍 ， 固体动力有着先天的“基因”优势 。 机动性强 ， 能够快速反应 。 固体火箭动力系统结构相对简单 ， 发动机本身就是个推力室 ， 推进剂预装在燃烧室内 。 对于庞大的火箭发射系统而言 ， 零件数量更少的固体动力系统 ， 在可靠性和机动性方面有着先天的优势 。 由于固体推进剂预先装填进发动机内 ， 固体火箭运至发射场后 ， 测试完成后即可实施发射 ， 无须在发射场提前多天进行燃料和氧化剂加注 ， 也不需要大量地面设备、资源进行配合与保障 ， 因而可以缩短发射准备周期 ， 确保安全发射 。
个头虽小 ， 推力恒定 。 固体推进剂化学性能更为稳定 ， 不怕泄露 ， 对储存的温湿度以及力学环境要求不苛刻 ， 储存时间和寿命长 ， 燃料本身对发动机壳体几乎没有腐蚀性 ， 因此火箭能满足应急发射的需要 。 同时固体火箭推进剂能量密度高 ， 在相同运载能力条件下火箭可以做的更小、更轻 ， 可以提高运输的灵活性 ， 使发射成本降低 。
快速机动发射 ， 有用武之地 。 固体运载火箭集长期储存、检测快速和便于运输的特点于一身 ， 正符合机动应急空间发射一些载荷的需要 ， 机动性强的固体火箭在此有了很大的“用武之地” 。 （西安报业全媒体采访人员 关颖）

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