资讯首页   焦点新闻   国内新闻    国际新闻   产经新闻    深度解读    技术前沿   航天政策法规     视频    

中国装药量最大分段固体火箭试验成功 牛在哪里?

时间:2016年05月10日 信息来源:观察者网 点击: 【字体:

5月9日,新华网转发《人民日报》文章《他们这样助力火箭升天》,其中提到了近日我国航天动力技术研究院研制的国内迄今装药量最大,直径2米分段式固体火箭发动机全尺寸工程样机地面热试车圆满成功的消息。报道中提到,这一研究填补了我国大型运载火箭固体助推器的技术空白。

2016051009562236055800.jpg

美国为SLS火箭进行SRB火箭助推器地面试车,图为发动机启动瞬间

我国直径2米分段式固体火箭助推器展品


《人民日报》原报道内容如下:

日前,航天动力技术研究院研制的国内迄今装药量最大的、直径2米分段式固体火箭助推发动机全尺寸工程样机地面热试车圆满成功。这次试验进一步验证了大型分段式固体发动机的设计方案及多项关键技术,标志着我国大型分段式固体火箭发动机关键技术获得重大突破。这次试车成功,为推动我国新一代固体捆绑运载火箭固体助推技术发展和工程应用奠定了坚实基础。

随着人类和平利用太空步伐的不断加快、深空探测领域的进一步拓展,世界主要航天大国都在致力于加快发展运载火箭技术。通过固体助推器与液体芯级发动机相匹配,可以实现运载火箭动力系统技术性与经济性的完美结合,国外的大型运载火箭大都把固体动力作为主要助推动力,但我国在此领域尚属空白。

因此,发展运载火箭固体助推动力成为研究院的梦想。本着“动力先行”的原则,研究院密切关注着国外固体助推发动机技术应用及发展情况,紧密跟踪技术动态,在积极组织项目论证的同时,同步开展相关技术研究工作。

比如,2009年3月,120吨大推力整体式固体火箭发动机关键技术考核地面热试车在国内率先取得圆满成功;2010年4月,1米分段式对接技术验证发动机地面热试车取得成功,在国内首次成功验证了固体火箭发动机分段对接技术;2015年9月,研究院提供四级主发动机的我国首枚固体运载火箭CZ—11号首飞成功,标志着中国快速发射能力得到大幅提升。

多年以来,研究院的设计人员积极搜集资料,对大力神系列运载火箭固体助推器、航天飞机助推器及阿里安5固体助推器等国外大型分段式固体发动机分段结构进行了分析和总结,详细对比各种技术方案,先后成功解决了诸多技术难题,形成了一套完整的分段式固体发动机设计与分析方法,攻克了大型分段式发动机多项关键技术,刷新了我国固体发动机研制史上多项纪录。

2016051009562244193300.jpg

美国SRB固体助推器测试瞬间,该型助推器是目前世界上推力最强的固体燃料助推器


这次试验的圆满完成,拉开了固体发动机进军运载火箭捆绑助推动力领域的序幕,也为研究院固体运载动力技术的发展带来了新的机遇。在不久的将来,固体运载、固体助推将使中国人的视野拓展到更为遥远的星宇深空。(《人民日报》原报道引完)

看完上述报道,有很多读者要问,固体火箭助推器到底牛在哪里?它和同样采用固体发动机的洲际导弹相比有何区别?所谓“分段式”固体火箭又有何难?

我们首先看一下国际上典型的固体运载火箭助推器和洲际导弹之间的数据对比。

美国航天飞机使用的五段式固体火箭助推器,全重590吨,长45.46米,直径3.71米,推力1224吨力,该火箭坠落到海上后部分部件可以回收再次使用。欧洲“阿丽亚娜5”火箭的固体助推器全重270吨,长31.6米,直径3.06米,推力678吨力。

相比之下,美国民兵3洲际导弹的全重为35.3吨,长18米,直径1.67米,第一级火箭推力约91.17吨。

2016051009562251717900.png

航天飞机研制初期绘制的固体和液体燃料助推器对比图,可见,固体助推器在推力相当的情况下,更小更轻


从上述数据可以看出,固体助推器与洲际导弹设计要求完全不同,固体火箭助推器都是重达数百吨的庞然大物,而固体燃料洲际导弹则要尽量做得小。同时,固体助推器的推力也比洲际导弹大得多。

因此洲际导弹一般使用高能发射药——事实上就是经过特殊处理的高能炸药,作为燃料,我国不久前公布掌握制造技术的LC-20高能炸药的主要用途之一就是作为导弹燃料。而固体助推器则可以使用能量/重量比较小的发射药,例如航天飞机就使用高氯酸铵组合推进剂。

那么为什么运载火箭要使用固体燃料助推器呢?

事实上我国长2捆、长3捆、长7、长5等型火箭都采用了液体燃料助推器。而固体燃料助推器与液体燃料助推器相比,主要的好处是可以降低成本,在同等造价的前提下,能比液体燃料助推器产生更大的推力。同时使用固体助推器也有助于减轻火箭总体重量。因此,世界主要国家都在积极研制固体助推器。

但固体助推器也存在研制上的重要难题,首要就是发生故障的话往往会造成灾难性后果,由于固体火箭本质上是装满了炸药的大管子,一旦发生事故,就会变成一个巨大的烟花。

美国“挑战者”号航天飞机就是由于固体助推器内一个“O型密封圈”故障而导致大爆炸的。

2016051009562261500600.jpg

美国SRB火箭助推器分段组合现场,可见组合现场做了无尘处理,这种对接需要极为小心仔细,且每一步都要进行探伤,以免发动机空中爆炸

2016051009562268602100.jpg

打个比方,固体助推器就相当于把一串爆竹连在一起,要求它们缓慢燃烧,既不能集中爆炸,也不能分别噼里啪啦的爆炸,难度可想而知,图为ATK公司制造SRB火箭分段的车间


而这个“O型密封圈”事实上就与“分段”有关了。

由于航天飞机的助推器重达590吨,无法整体搬运,因此是分成5段运抵发射场,再进行组装的。

这样的操作对于固体火箭来说,几乎就是不可思议的。固体火箭本质上就是缓慢燃烧的炸药筒,一旦分段之间的连接部分出现问题,就会导致燃烧不均匀,引发爆炸。所以一般而言,固体火箭,包括所有的洲际导弹,都是采用药柱整体铸造工艺制造,而分段式固体火箭的制造和组装极为复杂困难,且每一步工作都需要进行探伤,以免发生“挑战者”号那样的悲剧。

2016051009562277786900.png

正在运送的航天飞机固体助推器分段,由于SRB太大太重,无法整体运送和起竖,只能在发射现场进行垂直组装

2016051009562284620600.jpg

正在检查O型密封圈的技术人员,当年的“挑战者”号航天飞机就是由于这一部分在寒冷中失去应有的保护作用而导致大爆炸


在这次航天四院的分段式固体火箭研制成功之前,中国没有公布过自己在这一方面的新进展。拥有新型分段式固体火箭助推器技术后,我国可能考虑将其运用在新一代火箭上,可以用来降低长征5号和长征7号的发射成本,也可以用于为未来的登月火箭长征9号提供更先进的助推器。美国目前研制中的新登月火箭“太空发射系统”SLS,就沿用了航天飞机的SRB固体火箭助推器。


(作者:佚名)
返回顶部