一問到底丨載人登月發(fā)展，動力如何先行？

(資料圖片僅供參考)

月球是我們藍色星球的近鄰，也是人類邁向更遠深空的中轉站。目前，我國正在進行月球探測的四期工程。前不久，中國載人登月也有了時間表，我國新一代載人火箭預計2027年首飛，在2030年前還將實現中國人首次登陸月球。

航天發(fā)展，動力先行。近日，航天科技集團六院研制的我國載人登月火箭主力發(fā)動機——130噸級泵后擺液氧煤油發(fā)動機完成上試車臺后的第六次試車，發(fā)動機累計試車時長達到3300秒，工作時長超10余倍任務時間，驗證了發(fā)動機工作可靠性的同時，再次創(chuàng)造我國百噸級發(fā)動機單臺試車新紀錄。

火箭大推力發(fā)動機的研制有多難？為什么要反復進行“試車”？未來能不能有超千噸推力發(fā)動機能助力中國航天邁向更加深邃的太空呢？

什么是“火箭發(fā)動機點火試車”？

首先來給“登月火箭主力發(fā)動機”劃個重點。發(fā)動機是核心部件，是一枚火箭的“心臟”。心臟的動能越大、力量越足，就能帶領重型火箭去更高軌道的太空探索。這一次，我國載人登月火箭主力發(fā)動機單臺試車時長創(chuàng)下新紀錄，就是中國航天動力事業(yè)對“大推力”發(fā)動機技術驗證的又一次跨越。

到底什么是“火箭發(fā)動機點火試車”呢？發(fā)動機試車，簡單來說，就是發(fā)動機點火并驗證其設計方案合理性和工藝可靠性的過程，這是任何一型發(fā)動機研制和交付等環(huán)節(jié)中不可或缺的重要一環(huán)。所謂“試車”，其實種類多達幾十種，會貫穿發(fā)動機研制前后的各個階段，每個階段的試車都有不同的意義，點火時長也從幾秒到數百秒不等。

專家表示，在某一型發(fā)動機的研制階段，發(fā)動機會完成從單個組件試車到全系統(tǒng)試車的一整套復雜的流程，小到一個閥門，大到一臺完整的發(fā)動機，都需要經歷千錘百煉。在研制階段過后，發(fā)動機試車將會進入鑒定階段。完成鑒定階段的試車之后，這一型發(fā)動機便可以交付火箭使用了，但是這并不代表試車的結束，每一臺發(fā)動機都需要在試車臺上“熱一下身”才能達標。隨著我國航天事業(yè)的不斷進步，試車臺上也越來越忙碌。

固體火箭發(fā)動機和液體火箭發(fā)動機有何特點？

發(fā)動機是火箭的核心部件，目前主流的運載火箭發(fā)動機主要分為液體火箭發(fā)動機和固體火箭發(fā)動機。那么，這兩種發(fā)動機都有什么特點？

固體火箭發(fā)動機顧名思義，就是使用固體燃料作為推進劑的火箭發(fā)動機，與之相對應的是液體火箭發(fā)動機，它們的工作原理相同，都是通過點燃推進劑產生巨大推力，將航天器送入幾百甚至上萬公里的預定軌道。

有所不同的是，固體發(fā)動機主要使用的丁羥這種固體燃料，也就是一種高能火藥，長征十一號運載火箭使用就是固體燃料。而液體發(fā)動機主要使用液氫液氧等液體推進劑，大家熟知的長征五號火箭使用的就是液氫液氧。

由于使用的燃料不同，因此各自的特點也不相同。液體發(fā)動機具有可控性強、點火時間長等特點，而固體發(fā)動機具有結構簡單、機動靈活、瞬間推力大等優(yōu)勢。而在未來，基于兩者優(yōu)勢相結合的發(fā)動機組合模式，也將成為新的設計思路，這也是世界航天大國都在致力發(fā)展的方向。

載人登月 火箭發(fā)動機需要多大推力？

在幾天前，5月30日9時31分，搭載神舟十六號載人飛船的長征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射并取得圓滿成功，而這一次搭載神十六航天員乘組奔赴太空之家的，就是我們最熟悉的中國載人航天的“神箭”——長征二號F系列，是當之無愧的“太空專列”。

長征二號F運載火箭，全長約58.3米，捆綁了4個助推器，起飛重量大約500噸，火箭渾身上下大約90%的重量來自它攜帶著的燃料，這些燃料可以讓它在大約580秒的全程加速中達到每秒7.9公里的第一宇宙速度。

新一代載人火箭和重型火箭研制有序推進

此時此刻，中國空間站在位于距離地球400公里的軌道上運行，可是地球和月球之間的平均距離有38.44萬公里，這就需要搭載更強勁“心臟”的新一代載人火箭的助力。我國正在論證載人登月方案，新一代載人運載火箭也預計將在2027年具備首飛條件。不遠的將來，中國航天員將有望登陸月球，后續(xù)還將建造國際月球科研站。想完成這些任務，火箭到底需要多大推力？還需要哪些新要求呢？

據介紹，新一代載人火箭的箭體直徑與長征五號運載火箭相當，通過將已經成熟的火箭技術進行綜合運用，將滿足我國載人登月的任務需求。

中國工程院院士、航天科技集團一院長征系列火箭總師顧問 龍樂豪：相當于三個長征五號的芯一級，把它捆綁起來，每一個芯級是三個組合體并聯的，每一個組合體上有7臺發(fā)動機，每一臺發(fā)動機推力將近120噸，就這么一個龐然大物。當然還有二級，這樣就把三個中國人分兩次發(fā)射，近地軌道的運載能力可以達到70噸左右，地月轉移軌道的能力，就是地球到月球的轉移軌道的運載能力大約是27噸，這樣可能分兩次發(fā)射，將實現三個中國人在2030年以前登上月球。

同時，龍樂豪院士介紹，我國重型運載火箭也正在研制中，它箭體直徑達到10.6米，高度110米左右，低軌道的運載能力可以達到150噸以上，地月轉移軌道的能力達到50噸以上，這將是未來運載能力最強的火箭。

中國工程院院士、航天科技集團一院長征系列火箭總師顧問 龍樂豪：這樣一個火箭超過了可以說是歷史上所有的火箭的運載能力，將來除了實現我們更遙遠的，比如說載人火星探測，還有建立月球基地，甚至于將來直接民用，就讓它建造空間太陽能電站來運輸，現在進展都還不錯，具體這個模樣都做出來了，生產出來了，一二三級的發(fā)動機都已經相應做過了全系統(tǒng)的短程的熱試車考核，也就是說具體方案都已經定了。

更大推力火箭研制有何進展？

實際上，我國自主研制的火箭發(fā)動機一直在頻傳捷報。

去年11月，由航天科技集團六院自主研制的中國最大推力液體火箭發(fā)動機首次整機試車圓滿成功。該型發(fā)動機設計推力500噸級，也是世界上推力最大的雙推力室高壓補燃液氧煤油發(fā)動機。據介紹，500噸級液氧煤油發(fā)動機的推力是現役120噸級液氧煤油發(fā)動機的4倍。首次整機試車的成功，標志著該型發(fā)動機研制取得重大突破。

去年底，由航天科技集團六院自主研制的我國推力最大的80噸級液氧甲烷發(fā)動機首臺整機熱試車取得圓滿成功，為我國商業(yè)航天運載火箭提供主動力，同時也為可重復使用運載器發(fā)展奠定重要技術基礎。發(fā)動機的推力有多大，航天的舞臺就有多大。動力技術有了巨大發(fā)展，相信中國航天事業(yè)就會實現更大跨越。

我國載人登月準備工作推進到哪個階段？

距離2030年還有不到7年時間，我國載人登月現在的準備已經到哪個階段了？接下來要分幾步去實現登月？來聽中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明的介紹。

中國載人航天工程辦公室主任助理 季啟明：實現2030年前中國航天員登陸月球，當前我們已經完成了登月任務的相關飛行器的關鍵技術攻關和方案的研制，當然也完成了登月總體方案的論證和編制，這是當前的進展。

至于未來7年，我想應該是分成三個大的階段：第一階段就是要完成各項研制和建設任務，這里面包括完成新一代的載人運載火箭、新一代的載人飛船、登月的月面著陸器，還包括登月服、載人月球車等等飛行產品的研制，還有補充建設文昌航天發(fā)射場，以及測控通信著陸場等相關的地面設備設施。第二階段就要進入無人飛行的驗證階段，這個階段如果任務順利，我們將進入第三階段，就是載人登月的飛行階段。

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