“緊張,就跟自己的孩子去考試一樣,小考中考大考都很緊張。”火箭發動機的推力室點火試車前,北京藍箭空間科技有限公司(下稱“藍箭”)高級工程師、推力室專業技術負責人袁宇站在大山里唯一的農家樂天臺上,盯著距離幾百米遠的試車臺。
9月27日,民營火箭公司藍箭自主研發的國內首臺80噸液氧甲烷發動機天鵲(TQ-12)短噴管推力室在其湖州自主建設的試車臺進行20秒短程點火試車并取得成功。
山坳里的試車臺
浙江省湖州市的一處山坳里,豎著帶有“藍箭航天”四個大字的低溫液氮儲箱,這個肉眼可見的標志性建筑是試車臺的一部分。半徑1.5公里之內沒有稠密的居民區,只有成片竹林、兩個集裝箱改造成的監測室,還有一幢4層樓高的農家樂,工作人員吃住都在這里。而5個月前,這里還是一片荒涼,沒水沒電也沒路。
加注燃料、加壓、冷卻,一系列準備工作后,倒數五秒,11點11分,推力室點火試車。黃沙揚起,甲烷燃燒后噴出15米長的藍紫色火焰,試車臺30米后的山體也被熏黑。產生的噪聲消融在山中,掌聲又響起,推力室試車成功點火20秒。
試車臺的功能是固定發動機,并在工藝系統所產生的穩定工作狀態的模擬環境下,通過點火試驗及測控系統的監測,獲得發動機的推力、介質的流量、溫度、壓力等試驗參數,以此判斷發動機的工作性能和質量。藍箭CEO張昌武說,本次短噴管推力室試車是在藍箭航天自建的高壓擠壓試車臺上進行的,這也是國內唯一的民營熱試車臺。
推力室是火箭發動機中完成推進劑能量轉化和產生推力的組件。液體火箭發動機的推力室由噴注器、燃燒室和噴管組成。此次點火試驗的任務是加快驗證“天鵲”(TQ-12)推力室的核心技術,推動“天鵲”(TQ-12)發動機以及“朱雀二號”液體運載火箭進入大規模地面試驗。
袁宇說,大量的試驗是發動機研制成功的必要條件。液體火箭發動機集燃燒、傳熱、流體力學、結構力學、低溫技術、測控技術等多種學科與技術于一體,僅僅依靠仿真計算無法滿足發動機的研制,必須開展各種大量的試驗,一臺成熟穩定的發動機,累計試車時間要達到20000秒以上。
2011年,中國航天科技集團公司六院北京11所60噸級液氧甲烷發動機首次試驗取得成功。2016年,液氧甲烷發動機在中國航天科技集團公司六院101所也完成200秒熱試車。
相對于國家隊長時間的試車,目前,藍箭還處在短程試驗階段。9月24日,藍箭進行1.5秒箱壓點火試驗和5秒短程試驗,9月26日進行10秒短程試車。此次20秒推力室試驗是藍箭的“第四把”,“難度一步步提高,不是一上來就整20秒,沒有這么大膽。”團隊成員都是老手,但袁宇還是很緊張,眼睛盯住山坳里的試車臺。一次性試車時間越長,對發動機的考核越充分,難度也越大。
巧婦難為無米之炊,試車臺不是米,是鍋
“點火期間的視頻有沒有?”“真棒,這些角度真棒。”試車成功后,張昌武已經在農家樂的拐角處跟航拍師討論拍攝的視頻。
張昌武和團隊一直強調,“火箭發動機一半是設計出來的,一半是測試出來的。”巧婦難為無米之炊,但他覺得,試車臺不是米,而是鍋。張昌武認為,擁有自己的試車臺就意味著初步形成從生產到測試的獨立自主能力,在密集產品試驗中提高效率,確保產品研發和驗證周期,民營企業做運載火箭也會靠譜。
2015年6月,當時32歲的山東人張昌武從金融跨界,與國家“千人計劃”專家、曾在歐洲航天局工作15年的吳樹范創辦藍箭,目標是做液氧甲烷發動機,最終干一款能空天往返的飛機,一小時到達地球各角落。
在推力室試車的同一天,藍箭固體三級火箭朱雀一號已經啟程運往酒泉衛星發射中心,等待10月底的發射。張昌武說,液氧甲烷火箭預計2019年出廠,2020年中型液體火箭在首飛后實現商業化,2021年具備登上月球甚至載人的能力。不過,這一過程中,可靠性的完善仍有很長的路要走。
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