迈向空间领域的中国“新动力” － 航天六院研制液氧煤油发动机纪实
2015年9月24日 《陕西日报》第9版
本报记者 沈谦 通讯员 杨军 朱怡蓝/文图
9月20日，由位于西安航天基地的航天科技集团六院最新研制的120吨和18吨液氧煤油发动机，托举着我国新一代运载体系的长征六号火箭腾飞九霄，标志着中国航天开始迈入到绿色环保动力的新时代。
从1985年提出研制我国航天新动力，到2015年迎来液氧煤油发动机太空“首秀”。三十年的风雨历程，航天六院在液氧煤油发动机的研制中，坚持以自主创新为科研生产的龙头，攻克了液氧煤油发动机核心技术，填补了具有自主知识产权的多项技术空白，成为世界上第二个掌握高压补燃技术的国家，使我国长征火箭近地轨道的运载能力从现在的9.2吨提高到25吨，走出了一条有中国特色的液体火箭发动机自主创新研制之路，为我国成功进入空间领域提供了强大的动力支撑。
志存高远谋先行
研制无毒、无污染、高性能的液体火箭发动机，并在重大航天工程上使用，是世界各航天大国梦寐以求的目标。要保持我国在航天动力这一高科技领域的发展势头，提高我国运载火箭的国际竞争力，满足我国航天事业发展的需求，就必须紧跟这一大趋势，研制新型大推力液体火箭发动机。
早在1985年，中国工程院院士、原067基地（航天六院前身）主任张贵田就提出尽快研制新一代火箭发动机，向国际一流水平看齐的设想。
随后，经过艰苦的论证、分析，六院与863专家组签订了研究液氧/烃推进剂发动机作为未来大型运载火箭和天地往返运输系统动力装置的概念研究和可行性论证的合同。从此，六院探索未来大运载发动机的研究拉开了我国航天液体火箭发动机技术向世界前沿水平挺进的序幕。
液氧煤油高压补燃发动机的研制，是一场向未知领域的全新挑战。不仅采用的推进剂、循环方式与常规发动机绝然不同，而且在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上，也比现有发动机高出数倍，在推力吨位、性能及可靠性方面均有大幅度的提高，必须在结构设计、材料、工艺、试验诸多方面采用一系列的先进技术，这就大大增加了发动机研制的难度。突破这些关键技术，不仅是对六院几十年来液体火箭发动机已有认识的创新，也是对未来知识的探索与驾驭。
其实，当年六院经多方论证，将液氧煤油发动机作为未来发展方向时，国内外业内专家并不看好。因为谁都知道，液氧煤油发动机可谓世界航天动力领域的珠穆朗玛峰。当时，不仅国内质疑声四起，就连国外的权威专家也认为：即使中国能把发动机设计出来，也无法制造出来。
正是顶着这样的压力，六院液氧煤油发动机攻关不断演绎着自强与超越的精彩篇章。
集智攻关不畏难
面对前所未有的新技术、国内鲜有的新材料、无从借鉴的新工艺，研制团队发现，难度比想象中的要大得多。
谈起那段艰难的攻关岁月，六院院长谭永华感慨万分：“每一项课题的攻关，都像是在攀登耸入云天的悬崖峭壁。但最刻骨铭心的，还是发动机整机试验中，由于启动问题造成连续四次试车失利后的巨大压力。”
2001年，液氧煤油发动机先后进行了四次整机试车，四次失败，甚至一次还因为启动不正常导致发动机发生了爆炸。
此时，质疑声再起：靠自己的力量，到底还能不能搞出来？能不能成功解决补燃问题？能不能实现自身启动？
为了找到问题的症结，六院组织多方专家和研制人员召开分析会，发挥大家的聪明才智，群策群力提建议，并仿真模拟启动失败和爆炸的过程。
经过近半年紧张艰苦的攻关，终于摸清了试车失败的根源和两次试车爆炸的不同机理。研制团队从通过对各种方案和程序的组合进行了仿真优化，选定了最理想的启动方案和程序。
在随后的试车中，发动机启动平稳，工作正常，按预定程序关机，启动过程与仿真结果良好吻合，液氧煤油发动机终于跨过了启动的最大难关，使研制任务取得了一个里程碑的突破。
在国内鲜有的50余种新材料面前，六院与相关单位一起联合攻关，共同制订了40多项材料暂行技术条件或暂行技术协议。在全国各协作单位的配合下，一个个新材料的关键技术被突破，一个个新材料按时供应。同时，对这些材料的研制和应用研究，直接推动了我国新材料的发展。
面对无从借鉴的新工艺，研制团队对130余项工艺预研和500余项工艺装备进行攻关。这些课题项目涉及各种领域，是六院有史以来攻关课题最多、参与人员最广、难度最大、也是持续时间最长的一次工艺技术攻关。
随后，研制团队闯过了发动机涡轮泵联动试验、半系统试验、整机试验三大难关，成功实现整机600秒长程试验，并从模样阶段研制转入初样阶段的研制。
技术开拓领先路
液氧煤油发动机不仅采用的推进剂、循环方式与过去常规发动机不同，而且在推力吨位、性能、可靠性方面比已有发动机有大幅度提高。这不仅加大了发动机的设计难度，而且对加工、试验设备以及材料、工艺等提出了更高的要求。
液氧煤油发动机采用的新材料有50余种，比如火箭煤油点火剂、各种高强不锈钢、抗氧化高温合金、高密度石墨材料、铜—石墨粉末冶金材料、铜—钢零件钎焊用钎焊料、异种材料焊丝、自润滑镀层等，这些新材料各自具有独特的性质和应用性，我国原来基本都没有研制和应用过。
由于材料新，技术新，工艺制造遇到前所未有的困难。从1995年开始，航天六院的工艺制造攻关重点单位——7103厂，针对液氧煤油发动机进行工艺预研和工艺攻关课题达130余项。这些课题项目涉及焊接、电火花加工、精密铸造、表面改性等各种领域，全厂80%的工艺人员身负课题，全厂所有军品车间参与其中，是7103厂有史以来攻关课题最多、参与人员最广、难度最大、也是持续时间最长的型号。这些新工艺都没有经验可以借鉴，每一项都是在攀登一个技术的制高点，每一项都困难重重，举步维艰。
据统计，近年来我国研制的新材料中百分之八十由航天带动。液氧煤油发动机研制中，为了解决高低温、高压、强氧化、高转速、大功率等问题，航天六院与国内多家单位一起研制开发了近50种新材料，包括高强度耐氧化的不锈钢、高温合金、纳米涂层等等。在新工艺方面，通过技术攻关突破了30多项关键工艺，其中多项技术达到国内领先水平。这些新材料、新工艺一经问世，就受到其他行业的关注和应用，促进了相关产业的发展。
利用先进的补燃循环技术、先进的自身启动技术、大范围推力调节技术、先进的高效燃烧技术、高压大功率的涡轮泵技术、可多次试车技术和先进的试验技术这七大突出技术优势，液氧煤油发动机理所当然地成为了长征五号、长征六号、长征七号等我国新一代运载火箭的主动力，为我国今后载人航天、探月工程、空间实验室乃至深空探索等重大专项任务，提供更加强大可靠的动力。
历经三十余载的艰苦攻关，新一代液氧煤油发动机研制从无到有，从小到大，从艰苦摸索到自主创新，从美好设想到腾飞九霄，一直推动着我国航天液体动力技术在建设航天强国的征程中“先行一步，领先一路”。
