我国首次完成液体火箭发动机“九机并联”试车 如何支撑未来大型星座组网等多样化商业场景?
央广网北京6月21日消息(记者张棉棉)据中央广播电视总台中国之声报道,北京时间今天(20日),由蓝箭航天自主研制的朱雀三号可重复使用运载火箭一级动力系统试车,在东风商业航天创新试验区蓝箭航天液氧甲烷火箭发射2号工位,成功完成我国迄今规模最大、自动化水平最高的九台发动机并联地面热试车试验。
本次热试不仅是一次动力系统的合练,更是箭体结构、地面测控、推进系统、辅助系统等全链条协同的综合演练。试验流程完全贴近首飞状态,完成了一次高度还原的实战推演,试验成果将为可重复使用火箭的落地应用奠定基础。本次试车具体如何实现?又将如何支撑未来大型星座组网、高频次低成本发射等多样化商业场景?
此次试车采用朱雀三号一子级箭体,集成9台天鹊-12A系列液氧甲烷发动机,总推力达7542kN。试验过程严格按照试验大纲开展,12时00分,下达点火指令,9台发动机依次点火。按既定时序完成分批点火与推力爬升后,9台发动机稳定工作40秒并完成伺服摆动测试,随后有序关机,整个点火段持续45秒。
试验流程涵盖箭地测发流程,包括推进剂加注、贮箱增压、发动机分批分级起动、发动机稳态工作和摇摆、程序分批关机,全面验证了发动机、动力、结构、航电、地面、发射场等参试各系统间匹配性和箭地配合测发流程的合理性。数据表明,各系统指标正常,发动机起动时序准确、工作过程推力平稳,试车取得圆满成功。朱雀三号总指挥戴政介绍,此次试验不仅验证了九台液氧甲烷发动机并联工作的集成性能,更标志着我国液体火箭推进系统在多机同步起动、多级推进剂分配与燃烧稳定性等关键技术上实现重要突破。试验所积累的参数数据与协同经验将为后续更复杂构型的工程落地提供关键支撑。
戴政:这次试验应该是我们国家目前火箭试车里面,发动机数量最多、推力规模最大,集成难度最高的一次液体火箭地面点火试车试验,应该也是我们国家首次实现液氧9台并联的系统级试车验证,也标志着我国在大型的液体火箭动力系统工程化应用方面取得重要的突破。
朱雀三号运载火箭是我国首型采用不锈钢箭体结构、具备一级重复使用能力的大型液氧甲烷火箭,起飞重量约570吨,全箭长度约66米。一级配置九台天鹊-12A发动机并联工作,配备辅助动力系统与可展开栅格舵,具备回收着陆能力。该构型技术复杂、集成密度高,对地面试验系统的适应能力提出了前所未有的挑战。
据了解,本次试验采用了与朱雀三号首飞任务技术状态相同的一子级箭体,全面覆盖推进、结构、测控、航电、辅助等系统的协同流程,真正做到了“天上怎么飞、地上就怎么试”。
戴政:整个点火前的流程,跟我们飞行前的(流程)叫射前流程,实际上是完全一样的,包括这里面有很多电气相关的电气系统的动作,控制系统的动作,测发箭地配合,这一系列的状态,你可以认为都是完全模拟了飞行点火之前的所有流程。点火之后,这个状态我们是按照预定的程序去启动,然后进行发动机的工况故障诊断,诊断没有问题,进行发动机推力的转级,转级之后我们发动机还会进行一个摇摆,然后最后关机。
这么多的发动机并联热试车危险性不言而喻,也成为本次任务的一大难点。戴政告诉记者,试验严格遵守蓝箭航天质量与安全管理体系,箭体通过尾段箭脚与试车台高强度压紧固定,采用专用工装和高强螺栓实现结构限位与力学匹配,确保高推力环境下的箭体稳定性与结构安全。试验区部署自动氮气消防系统与主动水冷导流槽,确保点火试车过程安全,任务管理团队对结构、发动机、数据采集链路设立多重冗余与追溯机制,确保全过程、全要素的安全闭环。
戴政:这个实际上是在我们的火箭尾段,还有包括试车台两个关键结构上面,我们做了大量的安全性设计,同时我们对这两个关键结构也进行了近地试验的考核,通过一方面是我们在设计上去保证它的安全性,通过我们大量的仿真计算,包括我们设计上,去设计一些保证安全性的传递结构,来实现设计的目标。同时对设计目标的验证闭环,我们也进行了比较复杂的这么一个近地试验的规划,把这两个结构做大型的近地试验,去做验证,来实现这么一个目标,或者说来闭环这样的一个安全性难点。
本次试验所使用的工位由蓝箭航天在东风商业航天创新试验区2号工位发射台基础上,为朱雀三号一级动力系统试车进行适配改造,具备完整的低温推进剂加注、消防冷却、遥控与数据测控能力。试验团队首次实现在箭上遥控与地面手动并存的紧急关机能力,为构建可重复使用火箭的安全保障体系提供了关键支撑。戴政说,出于安全考虑,在发射工位上也特别添加了安全性设计。
戴政:因为我们在试车点火的时间,是要比较长的,我们在发射工位的导流槽里面专门安装了一套叫喷水的冷却系统,就是说我在发动机点火的时候,我们导流槽的内部实际上是有很多的小孔,这些小孔会给它高压的水让它喷射出来,从而让我们的导流槽在9台发动机的高温燃气冲刷下,可以进行一个降温和保护。这样的一个导流槽,就可以满足不会在长时间的发动机试车状态下,出现破坏。
面向未来,朱雀三号将持续以系统验证推动工程落地,以工程落地服务战略能力建设,助力我国商业航天迈入更加高效、可靠、可复用的新阶段,为下一代火箭工程的落地验证与国家空天能力体系构建夯实基础。
戴政:我们在今年下半年会去做朱雀三号的首飞,在今年,我们预期是要进行三次飞行试验,预期是要在今年使(朱雀三号)成为我们国内第一款成功实现一子级回收的火箭。我们到明年就会转入可重复使用火箭的发射运营阶段。也就是说,今年我会实现火箭回收,明年实现二手火箭再次上天的操作,来大幅降低火箭的发射成本,同时为我们国家低轨互联网星座的高密度组网发射提供强有力的支撑。
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