问题——面向载人航天任务需求,运载火箭动力系统亟需高推力、矢量可控、长时间稳定工作各上更提升,同时达到“高可靠、可重复验证、可工程化交付”的要求。随着载人月球探测等重大任务推进,火箭整体运力与安全裕度要求同步提高,发动机不仅要“推得动”,更要“推得稳、推得准、推得久”,并能适应发射窗口变化、工况切换及突发故障等复杂约束。 原因——此次试车聚焦的130吨级泵后摆液氧煤油发动机,采用泵后摆布局,既有120吨级液氧煤油发动机技术基础上实现性能提升。与传统依靠复杂摇摆机构实现矢量控制方案不同,该发动机通过摆动推力室实现推力矢量控制,减少涉及的机构带来的结构复杂度与横向空间占用,使发动机布置更紧凑。在火箭直径不变的条件下,发动机系统对箭体的“包络”更小,为总体设计释放更多推力与结构优化空间,从而为提升运载能力与任务适应性创造条件。 影响——试车的突出特点是“按飞行状态配套”。此次参试发动机为首台按飞行状态配套的产品,承担建立交付产品技术基线、固化技术状态的任务。试验中累计2100秒的四连试车,将我国百吨级液氧煤油发动机单台最长试车纪录由2050秒提升至2100秒,也完成了对长时工作能力与寿命裕度的集中检验:单次试车时长超过任务需求的8倍,为未来载人发射实现更灵活的窗口适应与更高的安全裕度提供关键数据支撑。多项极限科目一次通过,反映发动机在燃烧稳定、工况调节与故障承受上的固有可靠性提升,为后续首飞与载人高可靠飞行积累了依据。 对策——为将可靠性要求落实为可量化、可追溯、可复制的工程流程,研制团队试验设计与过程控制上采用“极限化、组合化、系统化”的验证思路:一是开展长程工作考核,覆盖全程推力曲线,验证燃烧稳定性与关键部件热力环境适应性;二是设置极限入口条件,模拟高反压、低温度等边界工况,检验推进剂供给与发动机动态响应能力;三是实施大范围变工况验证,实现推力从130吨级向90吨级快速切换,重点考核燃烧室压力振荡抑制与稳定裕度;四是进行快速推力调节试验,在3秒内完成±5%推力闭环控制,验证控制策略与执行机构响应一致性;五是引入极限供电供气情景,模拟发射台突发掉电、供气中断等故障,检验系统在异常条件下的鲁棒性与安全边界。同时,研制流程强化数字化手段与管理改进,建立全三维模型用于薄弱环节前置识别,采用“冻结—验证—再冻结”的循环机制,推动技术状态稳定与产品一致性提升,并通过仿真与半实物手段交叉验证,压缩故障模式与不确定性,为工程交付提供更可依赖的过程保障。 前景——从工程节奏看,此次试车成功传递出两个信号:其一,泵后摆系列发动机正由“样机验证”向“批次交付”转段,动力系统技术基线更趋稳定,有利于支撑某型火箭首飞及后续高密度任务安排;其二,泵后摆布局在同等箭体直径条件下带来更高的面推力潜力,为未来更高要求任务提供“动力更强、布局更优、控制更精”的可扩展方案。随着试验数据沉淀与产品状态固化,后续仍需在一致性控制、全寿命可靠性评估、地面保障流程优化等上持续迭代,实现从“试验成功”走向“工程常态化成功”,为载人深空探测任务构建更稳固的动力基础。
泵后摆发动机实现连续长时间试车突破,标志着我国载人火箭动力系统升级取得重要进展,也展现了航天关键技术自主创新与工程化能力的持续提升。面向未来更复杂的深空探测任务,持续的技术攻关与严密的工程管理,将为我国载人航天能力提升提供更可靠的动力保障。