仅次于Space X的产品——天鹊80吨液氧甲烷发动机完成长程可靠性试车

2021-02-03 01:48:19

1月30日，蓝箭航天的“天鹊”80吨液氧甲烷发动机完成400秒可靠性试车考核，加上23日以来的四次试车，五次累计时长超过2000秒。本次试车还进行了高低推力、高低混合比、极限入口压力和温度试验，充分验证了发动机的可靠性和稳定性。

80吨液氧甲烷发动机将装配于蓝箭公司研制的朱雀二号火箭。朱雀二号的低轨运载能力达到6吨，大概相当于长征二号丙，预计在今年第三季度首飞。

80吨液氧甲烷发动机具有较高的商用价值。目前国际航天市场成熟的大推力液氧甲烷发动机只有太空探索公司的猛禽发动机和蓝色起源的BE-4发动机。天鹊可以排到世界第三，也是亚洲和国内首台。

在大家的印象中，商用火箭都是使用液氧煤油发动机，怎么现在都改成液氧甲烷发动机了？之所以液氧甲烷发动机备受关注，那是因为太空探索、蓝色起源在搞。甲烷发动机的目的很简单：重复使用。如果不复用，甲烷发动机不会比煤油发动机好多少。

第一，甲烷发动机的设计难度远远低于液氧液氢发动机，可以沿用液氧煤油发动机那一套成熟体系。而且，甲烷发动机几乎没有液氧煤油的积碳结焦问题，维护非常方便，是可回收火箭的最佳选择。

第二，火箭发动机有个重要指标是比冲，即单位重量的推进剂产生的冲量，比冲的本质就是燃料燃烧时的“喷流速度”，比冲越大，发动机越厉害。液氧甲烷发动机的比冲虽然比液氧液氢发动机要低，但略高于液氧煤油发动机。

第三，液态甲烷的制备储存相对简单。无论是远程弹道导弹需要的固体推进剂还是商用火箭的液氢、煤油推进剂，其生产线需要的投入非常大，价格也很高，世界上没几个国家会做。甲烷的液化温度为-162℃，远低于氢气的-253℃，而液态甲烷密度为422千克/立方米，远高于液氢的71千克/立方米，同等质量的推进剂需求体积降低很多。因此，甲烷发动机的性价比要比大推力液氧液氢发动机高得多，也比液氧煤油发动机高一些。

天鹊发动机的可靠性试车，算是国内商用航天领域液氧甲烷火箭发动机的有益尝试。虽然液氧甲烷燃料作为未来可回收火箭的动力燃料成为一种趋势，但我们对于这个燃料组合的研究尝试不算多。蓝箭航天在这个领域的努力，能够带领更多企业机构投入商用火箭领域的研发和生产。而从商业角度看，高密度、低成本是未来航天发射的关键。

当然，对比太空探索公司猛禽发动机200-240吨的推力，天鹊推力太小了，才七八十吨，箭体直径也是保持3.35米不变，步子不敢迈大。这也是受内陆发射场铁路运输的限制，文昌发射场并不对商业航天公司开放，发射工位建在酒泉自然只能是3.35米。

但是，对于商业航天刚刚起步的我们来讲，天鹊发动机从2017年开始研发，用三年多时间就将其实用化，且做到了世界第三的水平，进步还是非常快的。我们期待，装配天鹊的朱雀二号运载火箭在今年的成功首飞。

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