揭秘长征七号“中国心”：有望助普通人舒服游太空

科技频道来源:成都商报电子版 2016年07月04日 07:27 A-A+
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　　长征七号运载火箭二级发动机试车

　　成都商报记者 蓝婧 发自西安

　　500个大气压

　　可把黄浦江水打到青藏高原

　　液氧煤油发动机的涡轮泵，产生的最高压强可达到500个大气压，相当于能够把上海黄浦江水，打到5000米海拔的青藏高原。

　　-183℃

　　价格低且环保 节约上千万元

　　液氧煤油发动机的推进剂是-183℃的液态氧气和常温煤油，二者燃烧后主要产生水和二氧化碳，清洁环保，而且价格低廉，每次发射推进剂费用比现役火箭节约上千万元。

　　1.5倍

　　补燃循环技术 高效利用燃料

　　液氧煤油发动机采用的补燃循环技术，是一种闭式循环，可以使全部推进剂的能量得到充分释放，至少提升10%的能量利用率，使发动机的运载能力提高到常规的1.5倍。

　　6月25日，中国新一代中型运载火箭长征七号在海南文昌发射场首飞成功，拉开我国载人航天工程空间实验室任务序幕，这是目前我国发射的推力最大的运载火箭。预计到2021年左右，长征七号运载火箭各项技术指标趋于稳定时，将承担我国80%左右的航天发射任务，并将用于发射载人飞船。

　　长征七号有一颗强劲的心脏——我国目前最先进的液氧煤油发动机。近日，成都商报记者专程赶赴西安，走进研制该发动机的中国航天科技集团第六研究院，为您揭秘这颗强劲的心脏。

　　调节推力 降低体能要求

　　液氧煤油发动机专家、航天科技集团六院副院长栾希亭介绍，长征七号使用了6台120吨液氧煤油发动机。具备近地轨道13.5吨的运载能力，是现役火箭的1.5倍。与常规发动机相比，液氧煤油发动机具备四大特点：

　　一是技术先进。采用了世界上最先进的高压补燃循环系统，提高了发动机的性能。

　　二是绿色环保。氧和煤油燃烧后主要产生水和二氧化碳，清洁环保，价格比较低廉。常规推进剂有毒，且具有腐蚀性。每次发射，推进剂费用比现役火箭节约上千万元。

　　三是重复试车。因为推进剂的腐蚀性等原因，常规发动机只要一试车就报废。液氧煤油发动机在地面可重复试车，重复点火。大大提高了火箭飞行的可靠性及性能。

　　四是精准可调。调节精度更高，如同自动挡的汽车，可以实现无级变速。

　　据了解，发动机通过推力调节，可以有效降低火箭飞行中的加速度，提高航天员的舒适度，降低对航天员的体能要求。未来，普通百姓也许不用经过复杂严苛的体能训练，也有望“舒舒服服”地遨游太空。

　　研制涡轮泵 验证试验上千次

　　研制液氧煤油发动机最大的难点在于闭式循环系统。航天六院11所液氧煤油发动机研究室主任徐浩海解释，由于是闭式循环，发动机燃烧室的室压特别高，比常规发动机提高了100个大气压；高压补燃主要是通过涡轮泵的旋转增压，涡轮泵的扬程最高达500个大气压，“相当于能把黄浦江的水打到青藏高原”。

　　涡轮泵需要的工作时长是数百秒，但第一台涡轮泵首次试车仅运转了不到20秒。经过7次重大故障，验证试验上千次，直到第8年才达到设计目标——涡轮泵持续工作数千秒，是实际工作时长的10倍。

　　航天六院7103厂副总工程师张和平介绍，液氧煤油发动机推力大、转速高，所以必须有高强度的结构。以发动机的推力室为例，数千度的高温燃气，必须保证不破坏推力室结构。所以他们使用了高温合金、高强度不锈钢、纳米涂层等近50种新材料。

　　单机试车 相当于2.8级地震

　　液氧煤油发动机的试验区位于秦岭山区，拥有亚洲最大的火箭发动机试车台。航天六院165所液氧煤油试验区试车指挥员张志涛介绍，试验区相当于一个小型火箭发射场。“发动机所有在火箭上的运转过程都能在试车台上重现，唯一的不同是火箭能够升空，而试验时的发动机是被定架约束在试车台上。”

　　“一个单机发动机在山坳里试车，产生的振动相当于2.8级地震。”张志涛说，“发动机点火时的轰鸣声，相当于十万人同时在吼。”试车台最多能实现两台120吨发动机并联试验，测量发动机是否能够同时平稳点火启动。“任何两个发动机的推力都不可能一模一样，如果推力相差稍微大一点，火箭升空时直接就会歪掉，那么设计时就要考虑如何平衡推力。”试车台还可以试验发动机在极限环境下能够承受的苛刻条件，判断其是否还能够稳定工作。

　　首次爆炸 烧穿十几毫米厚钢板

　　“那几年连续发生了好几次爆炸。”徐浩海还记得，第一次发动机试车，从启动到爆炸不到3秒钟。“按下开关的瞬间，眼前已是一通火光，十几毫米厚的钢板立马就被烧穿。”因为加工困难，花了整整一年，第一台产品就像独生子，做得跟工艺品一样。爆炸后大家心情非常沉重。

　　2001年，液氧煤油发动机进行了4次整机试车，4次都失败。“一秒钟就烧掉数百公斤推进剂，一次试车成本上千万元。”栾希亭回忆，每当试车点火倒计时，手心里都是一把汗，甚至有的人在试车头一晚睡不着觉。

　　“发动机一出问题，爆炸了就啥都没了。”徐浩海和同事们只能从爆炸碎片中分析故障。有个阀门问题的实验，他们连续做了100多次，白天做实验，晚上就分析数据、装配产品，七天七夜；最长的一次，约300人在厂里住了整整3个月。