我国重复使用火箭研制目标确定

全国人大代表、中国航天科技集团公司第六研究院院长刘志让日前在接受《科学日报》采访时表示，中国正在继续开展以液氧碳氢发动机为代表的可重复使用火箭动力技术研究，突破了连续多次热试验、大规模推力调整、多次启动、重复使用、产品快速处置等一系列关键技术。

太空运输的最大梦想是开发可重复使用的运载工具，实现“快速、廉价和可靠”的进入空间。在国际上，SpaceX、Blue Origin和其他公司率先在火箭的部分回收和再利用方面取得成功。

刘志让说，中国还制定了可重复使用运载火箭的发展计划。根据近期、中期和长期目标，提出了三种技术途径来同时开展工作，形成梯队形成能力。基于主动火箭的构型，开展主发动机再利用技术及其适应性改进的研究。回收验证将在近期完成，以解决着陆区的安全问题。基于新开发的火箭配置，将开展液氧碳氢发动机再利用研究，以支持各种回收方案，如垂直和水平回收。从中期来看，它将具有一级和二级火箭的再利用能力，并促进两级入轨空间运输工业的形成。在水平起降可重复使用运载火箭的基础上，开展吸气式组合发动机的研究，形成单级轨道运载火箭的长期工程应用。他说，第六研究院优先考虑空间液体动力的再利用，按照三条规划的技术路线，整体推进研究工作。然而，在所有热机中，发动机的工作条件最为恶劣，这给再利用带来了巨大的挑战。

与一次性火箭相比，可重复使用的火箭必须首先能够返回和回收。这一过程对火箭发动机的推力调节能力提出了很高的要求。刘志让说，主动式火箭发动机具有一定的可变推力能力，可以将推力减小到额定推力的70%左右，但为了满足回收要求，需要将推力减小到额定推力的40%甚至30%。可变推力的范围越大，设计就越困难。

以发动机燃烧装置为例，一般来说，为了适应推力变化，必须调整燃料流量，即在喷射流量变化较大的情况下，混合燃烧的压力等参数必须保持在适当的范围内，以保证相对充分的燃烧。这就要求燃烧装置的喷嘴流道必须能够进行后续调整，否则不仅相应推力流下的喷雾混合燃烧质量无法保证，而且还可能发生中低频振动或高频燃烧不稳定，导致产品结构的破坏。

一次性火箭发动机可能在几分钟内完成任务，而可重复使用的发动机的工作寿命需要大大延长。这就要求发动机设计理念从强度设计向寿命设计转变，需要解决结构可靠性、健康管理、使用和维护以及快速检测、寿命预测和评估等技术。

刘志让说，为了满足再利用的要求，发动机的结构需要检查。在发动机运行一次后，发动机状况会得到快速评估，包括结构完整性、密封可靠性等。此外，许多物质会留在空腔中。是否需要清洗，清洗到什么程度，是否有化学反应或腐蚀问题等。需要进一步研究。“从长寿命设计到确保结构可靠性和质量稳定性，这些都是难题。”他说。

此外，刘志让透露，第六研究院已经开展了联合循环发电技术和地面集成试验的研究，旨在更遥远的未来。这项技术旨在将航空发动机、冲压发动机和火箭发动机结合起来，在大气层内外的不同环境中发挥各自的优势。他说，三种动力形式都在不断发展，如果结合在一起将是一个巨大的创新，但要实现总体结构效益最大化、飞行轨迹优化和良好的经济效益，仍有多重困难。

记者了解到，如果联合循环动力得到成功开发，它可以支持水平起降的可重复使用飞机的服务，并将大大提高快速进入和离开太空的能力。(北京，3月6日，《科技日报》)