中国固体火箭世界领先 陕西研发 我国500吨推力整体式固体火箭发动机试车成功 力气更大发动机正在研究，最大推力将达千吨以上

整体式固体火箭发动机航天四院供图

捷龙三号商业航天运载火箭

近日，由中国航天科技集团四院自主研制的世界上推力最大、冲质比最高，易使用的整体式固体火箭发动机地面热试车在西安获得圆满成功。

该发动机直径3.5米，装药量150吨，推力达500吨，采用高压强总体设计、高性能纤维复合材料壳体、高装填整体浇注成型燃烧室、超大尺寸喷管等多项先进技术，发动机综合性能达到世界领先水平。

试验的成功，打通了我国千吨级推力固体发动机发展的关键技术链路，标志着我国固体运载能力实现大幅提升，为未来大型、重型运载火箭型谱发展提供了更多的动力选择。

据悉，目前基于500吨推力整体式固体发动机，四院已经在开展直径3.5米级分段发动机的研究，发动机分5段，最大推力将达到千吨以上，可应用于大型、重型运载火箭固体助推器中，以满足我国空间装备、载人登月、深空探索等航天活动对于运载工具的不同发展需求。

我国大型整体式 固体火箭发动机技术

跻身世界领先水平

此次具备工程应用意义的500吨推力整体式大型固体火箭发动机试车的圆满成功，标志着四院整体式固体发动机推力“120吨、200吨、500吨”三步走计划的全面实现，对丰富我国运载火箭动力型谱，提升快速进入空间能力意义重大。

据四院专家介绍，该型发动机采用了一系列先进技术。在设计上，针对大型发动机存在的燃烧、流动与热结构等设计难题，创新地提出了新结构、新方法和新技术，并基于统一模型进行了50多种复杂工况的性能和工艺仿真，准确指导最终结构确定。

工艺上针对大直径壳体结构件加工，提出了小变形强时效工艺控制与成型技术，通过联合采用人工时效、振动时效等多种技术，克服了大尺寸构件的变形难题。针对大直径大型纤维缠绕成型复合材料壳体，创新地采用组合式金属芯模、全程缠绕仿真、非热压釜成型等技术，解决了壳体直径大幅增加带来的缠绕“质量重、惯量大、滑移易、缠时长、补强难、固化欠”等多个难题。

针对发动机推进剂的浇注成型，攻克了适应长时间浇注的高力学、工艺性能推进剂及强适应衬层等配方技术，通过仿真模拟实际浇注过程的一系列工艺试验，获得了支撑浇注工艺制定的一系列宝贵参数。

喷管作为发动机工作环境最恶劣的部件，面对高温、高压强、高流量考验，设计和工艺人员创新地采用新型C/C喉衬技术，针对喉衬开展了详尽的性能测试，应用最新测量技术获得了覆盖常温到高温区间的80多项重要参数，成为四院有史以来测试数量最多、测试项目最广、测试要求最全、测试难度最大的喉衬。

500吨推力整体式大型固体发动机试车的成功，创造了大型整体式固体火箭发动机新的巅峰，使我国大型整体式固体火箭发动机技术跻身世界领先水平，将为我国新型固体运载火箭提供更强劲、性价比更高的先进动力，显著增强固体火箭在商业航天发射市场的竞争力。

“整体”和“分段”两条技术路线齐头并行

早在“十一五”时期，航天四院就瞄准世界航天发展前沿和我国运载火箭对大推力高性能固体火箭发动机的技术需求，立足“整体式”和“分段式”两条技术路线，先期开展了大型固体发动机的预先研究攻关。

整体式发动机

2009年，四院在国内率先研制成功了直径2米、推力120吨，当时国内最大的整体式固体火箭发动机，直接推动了我国长征系列运载火箭中第一型全固体运载火箭CZ-11的立项研制，成为我国固体动力迈向宇航运载领域的重要里程碑。

2019年，四院又自主研制成功了直径2.6米、推力200吨的整体式固体发动机，进一步提升了我国航天固体动力运载能力的同时，也推动了捷龙-3商业航天运载火箭的立项研制。

此次直径3.5米、推力500吨大型发动机的试车成功，为我国未来大型、重型运载火箭型谱发展提供了更多的动力选择。

分段式发动机

整体式固体发动机发展的同时，分段式发动机的攻关脚步也从未停歇。

2016年，随着分段对接技术的不断成熟，四院在120吨整体式大推力发动机的基础上，成功进行了直径2米分段式发动机地面热试车。之后，直径3米、3.2米分段式发动机相继试车成功，分段对接技术不断发展，技术成熟度快速提升。

特别是2020年12月30日，四院自主研制的我国直径最大、装药量最大、工作时间最长的固体分段式助推器——民用航天3.2米三分段大型固体火箭发动机地面热试车的圆满成功，极大提升了我国大型固体火箭发动机的技术和能力水平。

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固体发动机火箭曾发射“一箭4星”

虽然长征系列火箭的动力以液体动力为主，但固体发动机在长征火箭发射任务中也同样扮演着特殊的重要角色：

■2009年3月，直径2米、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，直接推动了我国长征系列运载火箭中唯一一型全固体火箭长征十一号的立项。

■2015年9月，四院提供四级主发动机的我国首枚全固体运载火箭CZ-11号首飞成功，标志中国快速发射能力得到大幅提升，固体动力应用领域实现了历史性拓展。

■2019年1月21日，我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号固体运载火箭，以“一箭多星”方式成功将4颗卫星准确送入预定轨道。华商报记者 马虎振

固体火箭和液体火箭有什么区别？

航天火箭分为液体火箭和固体火箭，在我国现役的运载火箭中，除长十一、快舟一号甲、快舟十一火箭外，其他均为液体运载火箭。那么，液体火箭和固体火箭有什么区别呢？

液体火箭采用液体推进剂，分别贮存在火箭的氧化剂箱和燃料箱内，工作时由输送系统将它们送入发动机的燃烧室；固体火箭采用固体推进剂，就贮存在发动机燃烧室内，无需贮箱和输送系统。正因为推进剂形态的不同，也造成了它们自身不同的特点。

1.准备时间谁更短

要想知道液体火箭和固体火箭谁更“快”，有一个重要的指标就是“发射周期”，也就是发射前的准备时间。

火箭人经常把火箭比作出嫁的女儿。如果按照这种比喻，液体运载火箭“出嫁”前“梳妆打扮”的时间要稍长一些。以长三甲系列火箭为例，发射前要进行转场，多轮的测试、总检查，要加注推进剂，各个环节走完，就得20天左右的时间。

而固体运载火箭，由于它的推进剂很早就固定在发动机里，到了发射场以后，只需要进行简单的测试，就可以“风光出嫁”了。2019年12月7日的6个小时内，我国在太原卫星发射中心用两枚KZ-1A火箭，相继将1颗和6颗卫星送入预定轨道。在同一发射场6小时之内进行两次航天发射，创下了中国航天新纪录，快舟一号甲运载火箭也打破了同一发射工位和同一型号火箭发射时间间隔最短纪录。

2.储存周期谁更久

火箭的存储周期也是一个重要的指标。对于液体运载火箭而言，由于使用液态推进剂，存在着易挥发、腐蚀等风险，需要在临发射之前加注。加注完成后，必须在一定的时间内发射出去。目前，我国运载火箭使用的常温推进剂为四氧化二氮和偏二甲肼，它们加注后存储周期大概在7天；还有低温推进剂为液氢、液氧，它们加注后的存储周期是1天左右。

但是固体运载火箭则不同，它在生产的时候，推进剂就已经在发动机里了。这种方式就好像是在火箭里浇筑水泥一样，等到火箭燃料固化后，就是一个固体的药柱，不像液体燃料会挥发，也没有腐蚀性，因此保存时间可长达数年之久。

3.运载能力谁更强

看起来，固体火箭在发射速度上、保存时间上都有优势，但说起运载能力，液体火箭则要更强一些。虽然液体火箭发射准备周期长，但是它的性能更高。由于液体推进剂的比冲性能更高，在相同的起飞规模下，液体火箭的运载能力更大，就是说，可以用更少的燃料走更远的路。

我国的液体火箭中，素有“大力士”之称的长三乙运载火箭，运载能力可以实现高轨5.5吨；被称为“神箭”的长征二号F运载火箭，可以实现低轨8.6吨；我国新一代运载火箭长征五号，其运载能力可以达到高轨14吨、低轨25吨。因为“力气大”，所以液体运载火箭承载的“客人”大多都是“重量级”的，一般都在一吨以上，比如通信卫星、载人飞船、空间站等等。

而固体运载火箭运载能力就要小一些。不过近些年来，随着科技的进步，我国乃至世界上500公斤以下的小卫星发射需求不断增加，很多小卫星都在寻找搭载的机会。长十一、快舟一号甲、快舟十一这样的固体火箭，就像是专门为小卫星定制的一样，非常适合这样的任务。

4.关机控制谁更灵活

除了运载能力更强，液体火箭有一个特殊的优势就在于其可以采取控制关机的模式。打个比方，液体火箭就像是家里的天然气灶，不想继续使用关了阀门就行，如果需要二次启动，再打开阀门就可以了。而固体火箭则不一样，它就像是我们过年时放的“窜天猴”，点火之后，只要燃料不耗尽，“根本停不下来”。当然，如果停下来，想再次点火在技术上也是十分困难的。

正因为液体火箭和固体火箭各自有各自的特点，它们二者都有对方无法取代的优势。目前，国际上的主要航天强国都是“固液并存”，部分火箭也采用了“固液混合”的方式。只有兼顾，才能满足更多的任务要求。综合

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