12月30日 ， 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 。 作为“十三五”标志性成果 ， 本次试验的成功进一步验证了我国大型分段式固体火箭发动机设计方案及其关键技术 ， 极大提升了我国大型固体火箭发动机技术水平 ， 将有力推动我国航天新一代运载火箭能力的提升与拓展 。
固体动力具先天优势
天下武功 ， 唯快不破 。 近年来 ， 小卫星市场的蓬勃发展以及军事航天领域对快速进入空间的迫切需求 ， 使得具有快速响应、机动性强、成本低等特点的固体运载火箭成为世界主要航天大国发展的重点之一 。 固体运载火箭由于结构简单、可靠性高 ， 发射前无需加注推进剂、使用维护简单 ， 易实现大推力 ， 可长时间储存等优势 ， 作为航天运载火箭动力的重要组成 ， 在世界各国航天运载技术发展中均占据了重要地位、发挥着重要作用 。
机动性强 ， 能够快速反应 。 火箭发展 ， 动力先行 。 火箭要实现可靠发射、快速发射 ， 动力系统是关键 。 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 。
分段对接助动力倍增
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 。
全固体运载火箭是实现快速进入空间的主要技术手段 ， 世界主要航天国家均发展有成熟的全固体运载火箭 。 除此之外 ， 固体助推器加液体芯级是国外典型运载火箭动力系统的主要组成方式 ， 目前国外捆绑运载火箭中固体助推器占主体地位 。
中国航天科技集团四院自主研制生产的固体火箭发动机按照燃烧室结构形式 ， 分为整体式固体发动机和分段式固体发动机 。 全固体四级运载火箭已经伴随着长征十一号参加了11次飞行 ， 成功将多颗小卫星送入预定轨道 ， 其独特的优势已经得到验证 。
“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 。
王健儒还指出 ， 固体火箭本质上就是缓慢燃烧的“炸药桶” ， 一旦分段之间的连接部分出现问题 ， 就会导致燃烧不均匀 ， 引发爆炸 。 所以分段式固体火箭的制造组装极为复杂困难 。
此次试车成功 ， 使中国大型固体发动机自主创新的研制能力和水平得到进一步提升 。 下一步 ， 四院还将进一步扩展段式 ， 推动中国运载能力的提升 。 （采访人员 姜天骄）
来源:经济日报经点科学工作室
责任编辑:邢宇
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