央廣網(wǎng)西安11月4日消息（記者劉濤 通訊員張美書）我國目前最大的運載火箭——長征五號新一代運載火箭昨天（3日）順利首飛，中國航天科技集團(tuán)第六研究院為該火箭提供了芯一級、二級、助推、輔助動力系統(tǒng)等發(fā)動機，擔(dān)負(fù)起長征五號飛行試驗各個環(huán)節(jié)的動力保障任務(wù)，提供的總推力達(dá)到了1078噸。

　　其中，新研制的50噸級和9噸級的兩個型號氫氧發(fā)動機，作為長五火箭一、二級芯級主動力，是首次承擔(dān)飛行試驗任務(wù)，實現(xiàn)了我國氫氧發(fā)動機研制的技術(shù)跨越。

　　一級主動力：50噸氫氧發(fā)動機

　　50噸氫氧發(fā)動機是我國首臺大推力、高性能、地面起動直接入軌的氫氧發(fā)動機，由兩臺獨立工作的單機通過機架并聯(lián)構(gòu)成，地面推力達(dá)100 噸。采用燃?xì)獍l(fā)生器動力循環(huán)，地面一次啟動，具有混合比調(diào)節(jié)能力，可雙向搖擺。由航天科技集團(tuán)六院自主研制，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、100%國產(chǎn)化，綜合性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。它的研制成功，填補了我國大推力氫氧發(fā)動機空白，使我國液體火箭推進(jìn)技術(shù)的整體水平跨上一個大的臺階。

　　50噸氫氧火箭發(fā)動機采用液氫、液氧作為推進(jìn)劑，燃燒產(chǎn)物為潔凈度達(dá)99.99%的純凈水，具有綠色、環(huán)保、零碳排放等優(yōu)點，是世界上排放種類最少、最綠色環(huán)保的發(fā)動機，因此長征五號運載火箭也被成為“綠色火箭”。氫氧發(fā)動機的燃燒產(chǎn)物清潔，燃燒穩(wěn)定，工作振動量級小，可多次啟動等突出優(yōu)勢，成為當(dāng)今世界航天運載器不可替代的動力裝置，是火箭先進(jìn)性的重要體現(xiàn)。

　　長征五號運載能力的大幅提升也得益于發(fā)動機采用氫氧推進(jìn)劑的高能效。液氫是火箭化學(xué)推進(jìn)劑中能量最高的燃料，氫和氧燃燒所能獲得的高空比沖最高能夠達(dá)到465秒，比現(xiàn)有常規(guī)燃料發(fā)動機性能提高約50%，是當(dāng)前已知推進(jìn)效率最高的化學(xué)推進(jìn)劑火箭發(fā)動機。氫氧推進(jìn)劑的高能效、產(chǎn)生推力所需燃料少的特性，使火箭運載的推進(jìn)劑重量大幅減少，對于提高火箭的運載能力具有至關(guān)重要的作用，也是長征五號大型火箭采用氫氧發(fā)動機作為芯級動力的主要原因之一。

　　與現(xiàn)役上面級氫氧發(fā)動機相比，50噸氫氧發(fā)動機真空推力是其9倍，推力室室壓是其2.7倍，氫渦輪泵功率是其15倍，氧渦輪泵功率是其20倍。長征五號火箭的運載能力實現(xiàn)了大幅躍升，從低軌道運載能力不到9噸提到到25噸，成為我國火箭家族成員中當(dāng)之無愧的“大哥”。  

　　50噸氫氧發(fā)動機是世界上溫度最低的發(fā)動機，采用的液氫、液氧推進(jìn)劑溫度分別為零下253度、零下180度，發(fā)動機工作前要利用液氫和液氧將發(fā)動機各類部件的結(jié)構(gòu)溫度預(yù)冷至大約零下180度或零下250度，保證液氧和液氫在發(fā)動機內(nèi)部穩(wěn)定輸送。低溫條件下要保證發(fā)動機各部件按照精準(zhǔn)的時序可靠動作，需要解決大量的關(guān)鍵技術(shù)，采用特制的低溫合金材料，開展特定的低溫處理及試驗測試，這些都加大了低溫發(fā)動機的研制難度。

　　50噸氫氧發(fā)動機超低溫、高溫、高壓等苛刻工況條件下工作的，工作環(huán)境惡劣，零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量采用了高溫合金、低溫鈦合金等新材料。通過一系列設(shè)計和工藝攻關(guān)，解決了發(fā)動機總體布局和管路設(shè)計難題，減小了流阻損失，突破了高壓、大熱流推力室熱防護(hù)技術(shù)，高性能穩(wěn)定燃燒氫氧噴注器技術(shù)等10大類共43項關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的突破，將在我國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中，發(fā)揮重大牽引作用。

　　二級主動力：9噸級膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機

　　作為芯二級主動力發(fā)動機，9噸級膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機采用先進(jìn)的閉式膨脹循環(huán)系統(tǒng)，且可以通過多次啟動，助推火箭進(jìn)入地球轉(zhuǎn)移軌道。發(fā)動機工作時間近800秒，是國內(nèi)工作時間最長的火箭主動力發(fā)動機。膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機的研制成功，標(biāo)志著我國上面級氫氧發(fā)動機達(dá)到了世界先進(jìn)水平，實現(xiàn)了重大技術(shù)跨越。

　　此次參與首飛的膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機，區(qū)別于傳統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)發(fā)動機和補燃發(fā)動機，不存在燃?xì)獍l(fā)生器以及預(yù)燃系統(tǒng)等，避免渦輪燒蝕，發(fā)動機固有可靠性高，并容易實現(xiàn)推力和混合比的調(diào)節(jié)，使用靈活。在工作過程中，其全部推進(jìn)劑都能無損失地燃燒產(chǎn)生推力，性能高，也因此被業(yè)內(nèi)稱為“最優(yōu)動力循環(huán)”。

　　發(fā)動機在研制過程中，突破了超高轉(zhuǎn)速氫渦輪泵技術(shù)、主動引射高空模擬試車技術(shù)等為代表的一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)成果。

　　膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機氫渦輪泵的額定轉(zhuǎn)速高達(dá)65000轉(zhuǎn)/分，是我國目前轉(zhuǎn)速最高的氫渦輪泵。在超高轉(zhuǎn)速氫渦輪泵的研制過程中先后攻克了超高速小通徑多級氫泵技術(shù)、高效率反力式渦輪技術(shù)、超高速氫渦輪泵轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計、小通徑鈦合金構(gòu)件精密鑄造和粉末冶金成型技術(shù)、以及超高速高DN值超低溫軸承技術(shù)等。

　　對于上面級發(fā)動機，工作在高空環(huán)境中，在地面試驗時必須創(chuàng)造一個近似高空條件的環(huán)境，使發(fā)動機在這個環(huán)境中工作，從而進(jìn)行其性能、起動特性等各種試驗，被稱為高空模擬試驗。膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機為貯箱壓力下自身起動，通過建立主動引射系統(tǒng)，對發(fā)動機的點火、起動段及主級段進(jìn)行主動引射。主動引射系統(tǒng)為國內(nèi)首次研發(fā)的大功率引射系統(tǒng)，該系統(tǒng)的研制成功，標(biāo)志著我國的試驗技術(shù)水平和能力上了一個臺階。

　　膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機從2003年開啟預(yù)先研究，2006年進(jìn)入正式研制階段,2015年完成全部研制工作，2016年即將首飛。12年磨一劍，發(fā)動機成功首飛標(biāo)志著我國已全面掌握了高性能氫氧膨脹循環(huán)發(fā)動機技術(shù)，有力提升了我國低溫發(fā)動機設(shè)計、生產(chǎn)和試驗?zāi)芰�，帶動了我國材料工藝、發(fā)動機仿真技術(shù)等方面的發(fā)展，為后續(xù)研制更大推力和更高性能膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機奠定了基礎(chǔ)。