航天科技集团六院78台发动机千吨动力开启中国首次探火之旅

2020年7月23日12时41分,海南文昌发射场,一道耀眼的橘色烈焰滑过长空,长征五号遥四火箭成功发射“天问一号”火星探测器,中华民族深空探测的征程从此开启。


未来,经过7个多月的在轨道运行,“天问一号”探测器将着陆火星,一次实现火星环绕、着陆和巡视探测三大任务。


航天科技集团六院为本次发射用长征五号遥四火箭和“天问一号”探测器,研制交付了78台各型发动机,始于地面发射,终于精准着陆,液体动力的贡献将贯穿全程。

这是人类航天史上的一次壮举,

是我国运载能力最大的火箭长征五号

首次应用性飞行,

也是中国行星探测的首飞之战。

长征五号、长征五号B运载火箭共经受了四次试验飞行验证,航天六院取得了大量宝贵的飞行参数,做了多项有效的改进,为长征五号完成后续国家任务奠定了强劲的动力基础,向高质量保证成功、高效率完成任务、高效益推动航天强国建设又迈进了一大步。

自此,我国已经完全拥有大推力运载火箭动力技术,两年内探月三期任务、空间站建设还将通过长征五号系列运载火箭得以实施,未来还有更加艰巨的重任等待长五去完成。

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20余年潜心铸箭? 合力成就神箭问天

精准动力成就飞天之举,在长征五号遥四运载火箭上,配置了航天六院研制生产的30台四型发动机,分别是8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机、2台9吨级膨胀循环发动机及18台作为辅助动力的姿控发动机。

这高擎起中国探火希望的千吨动力,是航天六院科研团队及全院广大干部职工20余年心血智慧的结晶和无私奉献的成果,更是航天“三大精神在新时代液体动力团队中的生动诠释。

回望动力研制之路,果敢、先决、执着、勇毅,八个字,镌刻在六院人艰难攀登航天科技高峰的每一步足迹。

要想成功飞向火星,搭载火星探测器的运载火箭必须达到第二宇宙速度,方能助力探测器脱离地球引力,踏上神秘的探火之旅。

正如航天六院院长刘志让所说,“发展航天,动力先行。发动机的推力有多大,中国航天的舞台就有多大,要想拥有大推力运载火箭,就必须率先研制出高性能、高品质、全绿色、全环保的动力系统。

自2000年120吨级液氧煤油高压补燃发动机国家立项至今整整二十年,该型发动机在2012年国家验收及在后续多枚长五、长六、长七新一代运载火箭中不负众望完成光荣使命。

“二十年磨一箭”,航天六院用实际行动和骄人战绩生动诠释了“发展航天、动力先行”的理念信条,用潜心研究和无私奉献奠定了伟大祖国航天大国的地位。

2016年11月,长征五号运载火箭成功首飞,我国运载火箭的近地轨道运载能力,实现了9吨到25吨的跨越。

任何成就伟大事业的历程,终不会是平坦而顺畅的,且不说四型动力研制的艰难曲折。仅仅在2017年,长五遥二发射失利,把拥有“金牌动力”美誉的航天六院这支液体动力国家队,推向了风口浪尖。

芯一级大推力氢氧火箭发动机出现的故障,使航天六院火箭发动机研制队伍承受了异常巨大的压力与考验。煎熬、困苦、曲折、质疑,前所未有;磨砺、拼搏、奋斗、攻关,在液体动力研制历史上也实属罕见。

集全院之力、凝聚共识、振奋精神、风雨同舟、奋力拼搏,成为六院人共渡难关的必胜信念。908天,承担芯一级动力研制的氢氧团队经历至暗时刻,揪出了隐藏在发动机身上的“魔鬼”,制服了一只只负隅顽抗的“拦路虎”。

航天六院型号战线重新梳理长征五号遥一研制至今组织开展的一系列质量提升、复核复算和“三再”工作,深入开展设计特性查漏补缺和产品数据成功包络线分析,严抓各级审签把关,严格技术状态管控,提高设计可靠性,保证工艺稳定性和产品质量一致性。

终于,2019年12月27日,长征五号王者归来,以雷霆万钧之势划破冬夜的长空,点亮了液体动力勇毅前行的光明之路。

深空探测,扬帆远航。经历了长五遥三和长五B首飞两次任务考验,新一代大推力运载火箭发动机性能和可靠性进一步提高。未来长五将堪当大任,在更加宽广的宇宙书写新的奇迹。

中国航天对新一代运载火箭发动机既有高质量高可靠的要求,也有不断提升产能保证供应的需求。

我们欣然所见,经多轮论证系统规划的航天六院新区已经在西安国家民用航天产业基地紧张建设中,新区占地730亩,由新能力建设、中兆科研新区、印刷核心装备产业化和工程化保障4个项目组成。

新能力建设即为实现量产新一代大推力无毒无污染火箭发动机,进一步提升发动机工艺水平和创新能力,促进工艺流程优化,推动生产模式向柔性化、数字化转变,形成液氧煤油发动机工程化保障能力,实现进入空间的能力再度提升

千吨动力太空接力 奔火之路拭目以待

探火之路,动力领航。在“天问一号”火星探测器上,航天六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的两套推进分系统,共计48台大大小小的发动机。它们将分别为着陆器着陆过程悬停、避障及缓速下降过程提供可靠动力,为环绕器系统提供轨道维持、轨道转移、制动捕获、轨道调整以及姿态控制所需的精准动力。

其中,环绕器上共有21台发动机,分别是8台120N发动机、12台25N发动机和1台3000N发动机。着陆巡视器推进分系统共有27台中室压发动机,分别为20台250N发动机、6台25N发动机和1台7500N发动机。

由航天六院研制的78台大大小小的各型发动机,就像宇宙马拉松接力赛的队员,一棒接一棒,在成功助力火箭升空后,将全力以赴助力探测器进入地火转移轨道,进而实现精准着陆。


火箭发射环节,由8台120吨液氧煤油发动机组成的助推器和2台50吨级氢氧发动机组成的芯一级动力同时点火,助力火箭从地面喷薄而起,工作到一定时间,助推器熄火分离,芯一级动力独自承担起助跑任务;当芯一级动力完成使命关机后,与火箭分离,助跑接力棒交到由2台9吨级膨胀循环发动机组成的二级动力手中,它们经过二次起动,将“天问一号”火星探测器送入地火转移轨道。


随后,“天问一号”将经历地火转移、近火制动、环火飞行及火星着陆等一系列旅程。这期间,着陆巡视器和环绕器上配置的推进分系统将分别为探测器提供既定任务所需的全部动力。


3000N轨控发动机和7500N变推力发动机,将携手46台“小可爱”姿控发动机,一起助力“天问一号”完成奔火之旅。这一过程,液体动力如何精彩接力,后面我们会继续跟踪报道。

浩瀚宇宙,征程再启,无论是今天长征五号遥四火箭的一飞冲天,还是7个多月后将要实施的火星着陆巡视,这项伟大工程的背后,是航天六院研制队伍顶住压力、面对困难永不言败,发扬航天“三大精神”的执着情怀,更是致力发动机研制生产能力和产品质量、可靠性大幅提升“五大工程”,助推航天强国建设的跨越式探索。

梦想有多远,责任就有多大。

“航天六院始终坚守航天报国初心,勇担航天强国使命,用精益的质量实现成功的目标,把成功的信念转为拼搏的动力,助推中国航天飞得更稳更高更远。六院党委书记周利民如是说。

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?何怡 张平 /文
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