日前，中國空間站“問天”實驗艙成功發(fā)射。而護送它進入太空的，正是我國近地軌道運載能力最大的運載火箭——長征五號B遙三運載火箭。

由于體型大、推力大，長征五號系列運載火箭又被稱為“大火箭”、“胖五”。據(jù)悉，這是我國為了滿足進一步航天發(fā)展需要、彌補中外差距，而在2006年立項研制的一次性大型低溫液體捆綁式運載火箭，是中國新一代運載火箭中芯級直徑為5米的火箭系列。

眾所周知，運載火箭強大的動力來源就是發(fā)動機，發(fā)動機是火箭的“心臟”，是火箭技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一。而“胖五”采用的是液氫液氧、液氧煤油作為燃料，這是當今世界航天發(fā)射的主流技術(shù)，也是一個國家成為“航天強國”的標志之一。

近年來，中國航天技術(shù)的不斷提升，讓全世界看到了中國航天技術(shù)的“崛起”。但很多人可能想不到，這些科研人員研究的背后，究竟承受了多大的壓力。

在近期的央視新聞中，航天科技集團六院西發(fā)公司型號系列總工藝師張和平介紹說，長征五號用了八臺120噸液氧煤油發(fā)動機，這其中包含30多種新材料，而典型的就是燃燒部分用的高溫合金。

高溫合金被稱為“先進發(fā)動機基石”，由于火箭發(fā)動機點火后，最高溫度可達3000℃，在這樣的高溫高壓富氧環(huán)境下，普通材料瞬間就會被燒成一堆廢渣。但在實施綜合降溫措施后，卻發(fā)現(xiàn)只有高溫合金依然能夠保持穩(wěn)定。于是，2000年國家正式立項，液氧煤油發(fā)動機進入工程研制，首先要解決的就是研發(fā)高溫合金。

了解中國航天歷史的應該都知道，在技術(shù)封鎖的背景下，中國在航天領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展可謂是一片空白。別說造火箭了，就是在基礎(chǔ)性的產(chǎn)業(yè)方面，都是受到了國外的限制。

比如在2022年5月的時候，美國國家航空航天局（NASA）局長比爾·尼爾森（Bill Nelson）就曾公開聲稱，中美火箭運載器的外形設(shè)計有著“驚人相似”，而兩國火箭的外表之所以相似，是因為中國“剽竊”了美國技術(shù)，“是的，他們（中國）很擅長剽竊?！?/span>

而針對“胖五”發(fā)動機的研制，此前更有國外專家表示，即使中國人能把液氧煤油發(fā)動機設(shè)計出來，也無法制造出來。

時任航天科技集團六院十一所液氧煤油發(fā)動機主任設(shè)計師的葛李虎，被稱為“拼命三郎”，跟火箭發(fā)動機打了一輩子交道，帶領(lǐng)團隊攻關(guān)，不斷調(diào)整高溫合金配方的化學成分，兩年做了上百次試驗，終于研制成功，而且沒有從國外進口一克原料，性能水平也超越了國外同等類型合金。

但是，發(fā)動機研制出來后，在試車臺上一點火就爆炸了，初期甚至接連發(fā)生了四次爆炸，而一次試車成本上千萬元。

尤其是在2001年，液氧煤油發(fā)動機進行了四次整機試車，均未成功，其中還連續(xù)兩次發(fā)生了爆炸，這在中國航天的歷史上也是絕無僅有的。

研制團隊重整旗鼓，從爆炸碎片中分析故障原因，僅一個閥門問題的試驗就連續(xù)做了100多次。白天做試驗，晚上就分析數(shù)據(jù)、裝配產(chǎn)品。最長的一次，300人在廠里住了整整3個月。

2002年，液氧煤油發(fā)動機試車5秒鐘。

2006年，液氧煤油發(fā)動機長程試車600秒。

2016年，液氧煤油發(fā)動機在長征五號首飛任務(wù)中獲得成功，之后在我國首次火星探測任務(wù)、嫦娥五號、空間站天和核心艙的發(fā)射中都有著完美的表現(xiàn)。

據(jù)航天科技集團六院副院長馬雙民介紹，我們通過發(fā)動機的研制，完全掌握了高壓液氧煤油發(fā)動機的全套技術(shù)，研制出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型火箭發(fā)動機，支撐了我國運載火箭（動力）的更新?lián)Q代。

值得一提的是，在沒有從國外進口一克原料的基礎(chǔ)上，我國研制的高溫合金性能水平仍超越了國外同等類型合金，現(xiàn)在這種合金已經(jīng)分別應用于航空發(fā)動機、液氧煤油發(fā)動機、液氫液氧發(fā)動機等國家重大工程項目。通過液氧煤油發(fā)動機研制，還牽引了高強度不銹鋼等50多項新材料的創(chuàng)新，填補了我國這些材料研究的空白。

從技術(shù)角度上看，“胖五”為兩級半火箭，動力系統(tǒng)由助推器動力系統(tǒng)、芯一級動力系統(tǒng)、芯二級動力系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)四個部分組成。其中，芯級和助推器動力系統(tǒng)主要包括發(fā)動機、貯箱增壓系統(tǒng)、推進劑輸送系統(tǒng)、發(fā)動機預冷系統(tǒng)、加泄排氣系統(tǒng)和箭地連接等系統(tǒng)。

● 芯一級動力系統(tǒng)：2臺YF-77液氫/液氧發(fā)動機，單臺真空推力70噸。

● 芯二級動力系統(tǒng)：2臺YF-75D液氫/液氧發(fā)動機，單臺真空推力9噸。

● 助推器動力系統(tǒng)：4個助推器分別配置2臺YF-100液氧/煤油發(fā)動機，單臺地面推力120噸。

● 輔助動力系統(tǒng)：主要用于芯二級滑行段和星箭分離前的姿態(tài)控制、滑行段推進劑管理、星箭分離前末速修正，系統(tǒng)由發(fā)動機機組、氦氣瓶和囊式貯箱等組成。

相對于我國現(xiàn)役長征系列運載火箭一、二級與助推級動力系統(tǒng)主要采用常溫有毒的四氧化二氮/肼類燃料推進劑發(fā)動機，長征三號系列火箭三級動力系統(tǒng)采用低溫的小推力、低室壓液氫/液氧推進劑發(fā)動機，“胖五”的“心臟”系統(tǒng)可謂發(fā)生了“質(zhì)”的變化，即采用的是綠色環(huán)保、高性能的液氫/液氧和液氧/煤油推進劑，使用的是新型YF-77、YF-100和YF-75D發(fā)動機。

● YF-77發(fā)動機：2001年正式立項后，發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)全面展開。但在2007年左右遭遇了國內(nèi)外罕見的重大技術(shù)障礙，先后四次試車結(jié)果不理想，直接影響到整個研制進展。經(jīng)多次改進效果仍不理想后，研制人員改用“一大四小”的改進方案，即使用隔板噴嘴，改進推力室結(jié)構(gòu)，提高面板連接強度，終于在2009年12月，發(fā)動機轉(zhuǎn)入試樣研制階段。歷經(jīng)十年艱苦攻關(guān)，至2012年8月17日，YF-77發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)全部突破，實現(xiàn)了我國氫氧發(fā)動機推力由8噸到70噸（真空）的跨越。

● YF-100發(fā)動機：2000年正式立項后，剛開始進行的幾次整機試車都失敗了。但研制人員相繼攻克了補燃循環(huán)自身啟動等技術(shù)難關(guān)，先后實現(xiàn)了全系統(tǒng)額定工況不下臺連續(xù)三次1200s和單次600s長程、變工況、搖擺試車成功等重大突破，發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)趨于穩(wěn)定，并于2012年5月28日通過驗收。YF-100填補了我國高壓補燃循環(huán)發(fā)動機的技術(shù)空白，標志著我國成為繼俄羅斯之后第二個完全掌握液氧/煤油高壓補燃循環(huán)液體火箭發(fā)動機核心技術(shù)的國家。

● YF-75D發(fā)動機：這是我國首個采用閉式膨脹循環(huán)的高性能氫氧發(fā)動機，我國第三代上面級液氫/液氧火箭發(fā)動機，具備高空多次啟動能力。此前，其第一代及第二代分別為YF-73、YF-75。其中，YF-75用于長征三號甲系列運載火箭的第三級，采用燃氣發(fā)生器循環(huán)。除了用于“胖五”之外，YF-75D也可用于長征七號（3級地球同步轉(zhuǎn)移軌道版本）第三級動力系統(tǒng)。

總之，長征五號運載火箭全面突破了以12項重大關(guān)鍵技術(shù)為代表的247項關(guān)鍵技術(shù)，新技術(shù)比例達到100%，核心技術(shù)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，代表著我國科技創(chuàng)新與工業(yè)制造的最新成就。

目前，航天科技集團六院研發(fā)的500噸液氧煤油發(fā)動機已經(jīng)突破了主要關(guān)鍵技術(shù)，將在今年完成發(fā)動機整機熱試車，支撐未來載人登月、深空探測！