日前，中國(guó)空間站“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射。而護(hù)送它進(jìn)入太空的，正是我國(guó)近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭——長(zhǎng)征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭。

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

眾所周知，運(yùn)載火箭強(qiáng)大的動(dòng)力來(lái)源就是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dāng)今世界航天發(fā)射的主流技術(shù)，也是一個(gè)國(guó)家成為“航天強(qiáng)國(guó)”的標(biāo)志之一。

近年來(lái)，中國(guó)航天技術(shù)的不斷提升，讓全世界看到了中國(guó)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(tuán)六院西發(fā)公司型號(hào)系列總工藝師張和平介紹說(shuō)，長(zhǎng)征五號(hào)用了八臺(tái)120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，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(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)基石”，由于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，最高溫度可達(dá)3000℃，在這樣的高溫高壓富氧環(huán)境下，普通材料瞬間就會(huì)被燒成一堆廢渣。但在實(shí)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(guó)家正式立項(xiàng)，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入工程研制，首先要解決的就是研發(fā)高溫合金。

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

比如在2022年5月的時(shí)候，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）局長(zhǎng)比爾·尼爾森（Bill Nelson）就曾公開(kāi)聲稱，中美火箭運(yùn)載器的外形設(shè)計(jì)有著“驚人相似”，而兩國(guó)火箭的外表之所以相似，是因?yàn)橹袊?guó)“剽竊”了美國(guó)技術(shù)，“是的，他們（中國(guó)）很擅長(zhǎng)剽竊?！?/span>

而針對(duì)“胖五”發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，此前更有國(guó)外專(zhuān)家表示，即使中國(guó)人能把液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)，也無(wú)法制造出來(lái)。

時(shí)任航天科技集團(tuán)六院十一所液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)主任設(shè)計(jì)師的葛李虎，被稱為“拼命三郎”，跟火箭發(fā)動(dòng)機(jī)打了一輩子交道，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)，不斷調(diào)整高溫合金配方的化學(xué)成分，兩年做了上百次試驗(yàn)，終于研制成功，而且沒(méi)有從國(guó)外進(jìn)口一克原料，性能水平也超越了國(guó)外同等類(lèi)型合金。

但是，發(fā)動(dòng)機(jī)研制出來(lái)后，在試車(chē)臺(tái)上一點(diǎn)火就爆炸了，初期甚至接連發(fā)生了四次爆炸，而一次試車(chē)成本上千萬(wàn)元。

尤其是在2001年，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了四次整機(jī)試車(chē)，均未成功，其中還連續(xù)兩次發(fā)生了爆炸，這在中國(guó)航天的歷史上也是絕無(wú)僅有的。

研制團(tuán)隊(duì)重整旗鼓，從爆炸碎片中分析故障原因，僅一個(gè)閥門(mén)問(wèn)題的試驗(yàn)就連續(xù)做了100多次。白天做試驗(yàn)，晚上就分析數(shù)據(jù)、裝配產(chǎn)品。最長(zhǎng)的一次，300人在廠里住了整整3個(gè)月。

2002年，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)5秒鐘。

2006年，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)程試車(chē)600秒。

2016年，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)征五號(hào)首飛任務(wù)中獲得成功，之后在我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)、嫦娥五號(hào)、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(tuán)六院副院長(zhǎng)馬雙民介紹，我們通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，完全掌握了高壓液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的全套技術(shù)，研制出了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，支撐了我國(guó)運(yùn)載火箭（動(dòng)力）的更新?lián)Q代。

值得一提的是，在沒(méi)有從國(guó)外進(jìn)口一克原料的基礎(chǔ)上，我國(guó)研制的高溫合金性能水平仍超越了國(guó)外同等類(lèi)型合金，現(xiàn)在這種合金已經(jīng)分別應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)等國(guó)家重大工程項(xiàng)目。通過(guò)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)研制，還牽引了高強(qiáng)度不銹鋼等50多項(xiàng)新材料的創(chuàng)新，填補(bǔ)了我國(guó)這些材料研究的空白。

從技術(shù)角度上看，“胖五”為兩級(jí)半火箭，動(dòng)力系統(tǒng)由助推器動(dòng)力系統(tǒng)、芯一級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)、芯二級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)四個(gè)部分組成。其中，芯級(jí)和助推器動(dòng)力系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、貯箱增壓系統(tǒng)、推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷系統(tǒng)、加泄排氣系統(tǒng)和箭地連接等系統(tǒng)。

● 芯一級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)：2臺(tái)YF-77液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)真空推力70噸。

● 芯二級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)：2臺(tái)YF-75D液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)真空推力9噸。

● 助推器動(dòng)力系統(tǒng)：4個(gè)助推器分別配置2臺(tái)YF-100液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)地面推力120噸。

● 輔助動(dòng)力系統(tǒng)：主要用于芯二級(jí)滑行段和星箭分離前的姿態(tài)控制、滑行段推進(jìn)劑管理、星箭分離前末速修正，系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組、氦氣瓶和囊式貯箱等組成。

相對(duì)于我國(guó)現(xiàn)役長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭一、二級(jí)與助推級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)主要采用常溫有毒的四氧化二氮/肼類(lèi)燃料推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，長(zhǎng)征三號(hào)系列火箭三級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)采用低溫的小推力、低室壓液氫/液氧推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，“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(jìn)劑，使用的是新型YF-77、YF-100和YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)。

● YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)：2001年正式立項(xiàng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)全面展開(kāi)。但在2007年左右遭遇了國(guó)內(nèi)外罕見(jiàn)的重大技術(shù)障礙，先后四次試車(chē)結(jié)果不理想，直接影響到整個(gè)研制進(jìn)展。經(jīng)多次改進(jìn)效果仍不理想后，研制人員改用“一大四小”的改進(jìn)方案，即使用隔板噴嘴，改進(jìn)推力室結(jié)構(gòu)，提高面板連接強(qiáng)度，終于在2009年12月，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)全部突破，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)推力由8噸到70噸（真空）的跨越。

● YF-100發(fā)動(dòng)機(jī)：2000年正式立項(xiàng)后，剛開(kāi)始進(jìn)行的幾次整機(jī)試車(chē)都失敗了。但研制人員相繼攻克了補(bǔ)燃循環(huán)自身啟動(dòng)等技術(shù)難關(guān)，先后實(shí)現(xiàn)了全系統(tǒng)額定工況不下臺(tái)連續(xù)三次1200s和單次600s長(zhǎng)程、變工況、搖擺試車(chē)成功等重大突破，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)趨于穩(wěn)定，并于2012年5月28日通過(guò)驗(yàn)收。YF-100填補(bǔ)了我國(guó)高壓補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)空白，標(biāo)志著我國(guó)成為繼俄羅斯之后第二個(gè)完全掌握液氧/煤油高壓補(bǔ)燃循環(huán)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)的國(guó)家。

● YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)：這是我國(guó)首個(gè)采用閉式膨脹循環(huán)的高性能氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，我國(guó)第三代上面級(jí)液氫/液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，具備高空多次啟動(dòng)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(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭的第三級(jí)，采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)。除了用于“胖五”之外，YF-75D也可用于長(zhǎng)征七號(hào)（3級(jí)地球同步轉(zhuǎn)移軌道版本）第三級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)。

總之，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭全面突破了以12項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)為代表的247項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，新技術(shù)比例達(dá)到100%，核心技術(shù)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，代表著我國(guó)科技創(chuàng)新與工業(yè)制造的最新成就。

目前，航天科技集團(tuán)六院研發(fā)的500噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)突破了主要關(guān)鍵技術(shù)，將在今年完成發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)熱試車(chē)，支撐未來(lái)載人登月、深空探測(cè)！