火箭发动机专家刘志让称：未来面向大众的太空旅游不是梦

记者从中国航天科技集团六院(以下简称“航天六院”）获悉，近年来，航天六院瞄准天地往返重复使用飞行器，开展了组合发动机的研究和地面集成试验，大大提高了进出空间的便捷性，有望使“空天飞机”的服役早日实现，面向大众的太空旅游也将成为可能。

中国航天科技集团六院(即航天推进技术研究院），是我国大型液体火箭发动机研制中心和航天液体火箭发动机专业抓总单位，也是我国唯一的集运载火箭主动力系统、轨姿控动力系统及空间飞行器推进系统研究、设计、生产、试验为一体的航天液体动力研究院，被誉为航天液体动力“国家队”和“中国航天动力之乡”，研究院总部位于西安。

该研究院拥有亚洲最大的液体火箭发动机试车台、亚洲最大的泵性能试验室、国内唯一的基础理论研究室、国内唯一的全箭动力系统试验台、国内唯一的液体推进剂研究中心、我国第一个低温技术研究中心等国家级科研基础设施。

500吨级发动机今年完成工程样机研制

火箭发动机专家、中国航天科技集团六院院长刘志让说，去年11月，航天科技集团发布了《2017-2045年航天运输系统发展路线图》，将以五年为一个节点系统规划我国航天运输系统的能力建设与发展，2030年前后我国重型运载火箭将实现首飞，以火箭发动机为动力的两级完全重复使用运载器研制成功。

重型火箭是我国未来进行大型空间基础设施建设、深空探测、载人登月等重大科技工程所必需的运载装备，是我国完成航天强国建设的重要标志。刘志让告诉记者，重型运载火箭是航天强国的重要标志，是未来开展大规模航天活动的基础。航天六院正在研制推举重型运载火箭的三型新液体火箭发动机：500吨级液氧煤油补燃循环发动机、200吨级液氧液氢补燃循环发动机、25吨级液氧液氢膨胀循环发动机，分别用作重型火箭的一、二、三级。三型发动机均采用无毒无污染的推进剂，在推力、比冲、推重比等核心指标均瞄准国际一流水平。单台发动机的最大推力量级提高到500吨级，更有利于火箭构型的优化。

据了解，航天六院目前正在开展关键技术攻关和方案深化论证工作，已完成了发动机核心组件热试验证和系统级热试验，500吨级发动机今年可完成工程样机研制。工程立项后预计8年内可完成全部研制工作，为我国航天强国建设提供强大的动力保障。

研发可重复使用的发动机，需8到10年周期

刘志让说，航天运输的最大梦想之一是发展可重复使用运载器，实现“快速、廉价、可靠”的进出空间。重复使用运载器是实现“快速、廉价、可靠”进出空间的理想飞行器，是运载器的重要发展方向，也是液体动力今后研究的重点。我国提出了具体的发展路线图，按照三条技术路径同步开展研究。从整体规划看，我国现役常规运载火箭和刚服役的新一代运载火箭都是一次性使用的火箭，火箭和发动机都不具备回收及再使用能力。

据介绍，我国在制定重复使用发展规划时，结合实际，提出了“近、中、远”三步走的策略，近期完成一次性火箭发动机的改进，实现火箭可控回收，解决落区安全及部分重复使用问题；中期针对新研火箭构型，开展重复使用液氧/烃类发动机研究，支撑垂直、水平等多种回收方案，实现一二级火箭完全重复使用。

刘志让说，从发动机设计上看，一次性火箭发动机可能工作几分钟就完成了使命，而重复使用发动机的工作寿命需要大大增加，这就要求发动机设计理念从强度设计向寿命设计转变，并解决结构可靠性、健康管理、使用维护与快速检测、寿命预测与评估等技术。因此，为满足中期两级完全重复使用火箭的使用需求，重复使用发动机是在全新理念指导下研制的，与现役的火箭发动机区别较大，从现阶段开始研制，需要8年至10年的周期。

航天六院前期开展了以液氧煤油发动机为代表的可重复使用技术持续研究，突破了产品不下台连续多次热试车、大范围推力调节、多次起动、重复使用快速处理、发动机健康管理等关键技术。同时，瞄准天地往返重复使用飞行器，成功开展了组合发动机的研究和地面集成试验，有望实现“空天飞机”的服役，大大提高了进出空间的便捷性，面向大众的太空旅游也将成为可能。

 未来有望实现组合动力飞行器的服役

按照规划，到2035年，我国运载火箭实现完全重复使用，以智能化和先进动力为特点的未来一代运载火箭实现首飞，高性能智能化空间运输系统将实现广泛应用。到2040年，未来一代运载火箭投入应用，空间运输系统实现长时间多次星际往返，组合动力两级重复使用运载器研制成功，核动力空间穿梭机出现重大突破。

对此，刘志让认为，航天技术与人工智能技术的融合发展是未来的发展趋势。采用智能化技术，通过关键参数的监控、采集和分析，能够准确评估发动机的状态，预测工作寿命，预判薄弱环节，从而为发动机的重复使用提供极大的支撑。

所谓“组合动力”就是将航空发动机、冲压发动机和火箭发动机有机结合，它是未来空天技术融合发展的必然趋势，是实现飞行器水平起降天地往返的最可行的动力方案。

刘志让表示，现役液体火箭发动机属于化学推进，比冲受限于推进剂自身化学能，难以适应未来载人火星探测和大型星际货物运输等任务需求。而核热火箭发动机通常以氢作为推进剂，采用百兆瓦级以上核反应堆将氢加热至超高温度，比冲能达到氢氧发动机的2倍以上，推力理论上可达百吨级。“目前从地球飞到火星大约需要8个月左右时间，如果采用大推力核动力航天器，能将飞行时间缩短到1个半月。”

刘志让说，目前，经过前期探索，航天六院在组合动力方面，发展思路逐步聚焦，技术方案不断收敛，试验设施不断完善，部分技术得到验证，形成了完整的研制策划和发展路线图。现已完成缩尺样机的方案论证和地面集成试验，突破关键技术后，将开展5吨级以上推力的大尺度发动机的研究，未来有望实现组合动力飞行器的服役。

“核动力空间穿梭机的动力系统是采用核能作为能量源，主要包括核热式和核电式。”刘志让说，核热火箭发动机是用核反应堆取代化学推进发动机的燃烧室，利用核裂变产生的能量将推进剂加热至高温后通过超声速喷管膨胀产生推力。核电推进是利用核电源为大功率电推进提供能源。核热火箭推力量级较大，比冲是氢氧火箭的2倍以上，可用作空间飞行器的主动力；核电推进比冲高，但推力量级较小，一般用作小规模空间探测器动力。

刘志让说，目前，航天六院正联合国内相关研究设计单位，开展空间核动力方案论证和关键技术研究工作，后续将形成核热、核电等多种空间核动力方案，拓展空间任务的适应性。

 嫦娥四号探测器将首次实现人类探测器在月球背面软着陆

刘志让告诉记者，嫦娥四号探测器将首次实现人类探测器在月球背面软着陆及巡视探测，可以更加全面科学地探测月球地质、资源等方面的信息，完善月球的档案资料。

嫦娥四号探测器推进分系统均由航天六院研制，主要包括一台7500N变推力发动机和28台姿控发动机，推力范围从几牛到几千牛，可为探测器提供快速响应(千分之一秒)、精准的控制动力，确保探测器飞行轨道和姿态分秒不误、毫厘不差。

推进分系统为嫦娥四号探测器的全程飞行提供姿态控制力矩和轨控推力。7500N发动机具备推力连续无级调节能力，调节深度可达5:1，是我国目前推力调节范围最大的发动机，是探测器月面平稳软着陆的重要动力基础。在探测器与运载火箭分离后刚刚入轨段阶段，推进分系统为探测器提供姿态捕获的控制力矩。地月转移轨道飞行期间，推进分系统为探测器提供中途修正的轨控推力，并控制地月飞行期间的探测器的姿态。

在地月转移飞行末期，7500N发动机稳态长时间工作，给探测器提供近月制动动力。近月制动后的环月飞行过程，推进分系统通过姿控发动机分别实现探测器调倾角和环月变轨的轨道调节。在动力下降段，7500N发动机先稳态工作，然后连续变推力工作，为探测器提供月面软着陆动力。

为适应月球背面软着陆严苛的力热环境，应对月背复杂地形地貌可能带来的各种影响，发动机开展了大量、充分的系统仿真及试验验证工作，确保为嫦娥四号月球探测任务提供可靠的动力。

300多颗低轨卫星将为各类终端提供互联网传输服务

作为中国航天液体动力研制单位，航天六院在商业航天领域有什么规划?刘志让说，航天科技集团从上世纪80年代以来积极参与外星发射、卫星出口等商业航天活动，我国著名的长二捆火箭就是为商业发射市场研制的，从研制到首飞成功，只用了18个月时间。进入新的发展时期，集团公司提出了星座卫星通信网建设，包括300多颗低轨卫星，为地面固定、手持移动、车载、船载、机载等各类终端提供互联网传输服务。目前，高性能空间化学推进（490N发动机）已发展到第三代，即将进入工程应用阶段，各项指标达到国际一流水平。空间电推进也完成搭载试验。这些技术将大大延长卫星寿命，大大提高核心竞争力。

文：报驻陕西记者韩 宏

图：航天六院

编辑制作：韩 宏

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