Space X公布猛禽3代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，指標(biāo)領(lǐng)先，我國(guó)應(yīng)爭(zhēng)取換道超車

從技術(shù)原理來看，全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)憑借所有低溫燃料和低溫氧化劑都能用于冷卻燃?xì)鉁u輪和主燃燒室管壁的優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)階段分級(jí)燃燒火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的極限。由于所有的低溫燃料和低溫氧化劑都能用于冷卻燃?xì)鉁u輪，因此燃?xì)鉁u輪的極限驅(qū)動(dòng)功率可以做得更大，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的室壓就可以做得更高。現(xiàn)有技術(shù)只有全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)這一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)室壓能做到35Mpa。而全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是一種理論成本低廉、又不容易積碳的全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，非常適合作為可重復(fù)使用火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)。

近日，Space X公司公布了第三代猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱猛禽3代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這是世界首款全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)悉，Space X公司于2009年開始研發(fā)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，并在2019年7月首次測(cè)試成功，成為全球首款全流量液氧甲烷分級(jí)燃燒火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，目前已經(jīng)開始量產(chǎn)第三代猛禽全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

猛禽3代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比初始版本變化可謂脫胎換骨

猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī)從V1發(fā)展到V3，體形基本不變，直徑仍是1.3米，高3.2米，真空比沖仍為350秒，但是主要指標(biāo)均發(fā)生巨大變化。

1、外形極大簡(jiǎn)化。噴管上方外露管線極大減少，外形變得極度簡(jiǎn)潔。

2、整機(jī)重量減掉26.7%。重量從初版2.08噸減少到1.525噸。

3、推力反增加51%。海平面推力從185噸提升到280噸。

4、推重比接近翻倍。從92.5提升到183.6。

5、造價(jià)預(yù)計(jì)減少87.5%。從200萬美元減少到25萬美元。

6、室壓提升40%。從25Mpa提升到35Mpa，堪稱世界之最。

簡(jiǎn)而言之，猛禽3代全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是迄今為止最先進(jìn)、性能最高、性價(jià)比最高的全流量分級(jí)燃燒循環(huán)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，相比猛禽1代堪稱脫胎換骨。

星艦一級(jí)采用33臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，如果由第一代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)換成第三代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，那么僅需22臺(tái)就能超過原有推力。簡(jiǎn)單計(jì)算就能算出，理論上星艦采用第三代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)以后，其一級(jí)減重可達(dá)35.4噸！這是相當(dāng)驚人的指標(biāo)。如果再把二級(jí)減少的重量加進(jìn)去，那減重效果就更加驚人了。

我國(guó)能不能造出中國(guó)版猛禽3代全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)？

猛禽3代全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基于猛禽1代全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)迭代2次發(fā)展而來，前后歷經(jīng)5年左右。因此，只要我能造出全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，那么造出中國(guó)版猛禽3代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)就只是時(shí)間問題。

全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)主要集中在富氧預(yù)燃室、富燃預(yù)燃室、主燃燒室三大件上面。目前的高壓補(bǔ)燃?xì)溲趸鸺l(fā)動(dòng)機(jī)采用的就是富燃預(yù)燃燃?xì)鉁u輪驅(qū)動(dòng)，而高壓補(bǔ)燃液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是富氧預(yù)燃燃?xì)鉁u輪驅(qū)動(dòng)。目前我國(guó)已經(jīng)掌握高壓補(bǔ)燃?xì)溲趸鸺l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和高壓補(bǔ)燃液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。利用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行整合測(cè)試就能造出全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

由此可見，我國(guó)造出中國(guó)版猛禽3代全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)只是時(shí)間問題。

我國(guó)全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)展情況

公開資料顯示，我國(guó)已有2款200噸級(jí)全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)處于研制階段。

1、國(guó)家航天部門200噸級(jí)全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)YF215已完成技術(shù)驗(yàn)證。

我國(guó)航天六院研制的YF215全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)于2023年5月15日成功進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火測(cè)試。

2024年4月份，我國(guó)運(yùn)載火箭與航天工程的權(quán)威專家龍樂豪院士在講座中提到，我國(guó)海平面達(dá)200噸級(jí)推力的全流量補(bǔ)燃循環(huán)甲烷機(jī)YF-215已經(jīng)完成技術(shù)驗(yàn)證，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)千秒的試車工作。按照“八年九機(jī)”計(jì)劃，這款發(fā)動(dòng)機(jī)最遲2028年就會(huì)完成研制。從目前的進(jìn)度來看，有望提前到2026年。

2、藍(lán)箭航天計(jì)劃2027年研制出200噸級(jí)全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

公開資料顯示，2021年底，藍(lán)箭航天啟動(dòng)了200噸級(jí)全流量分級(jí)燃燒循環(huán)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)論證與研究工作，發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)“藍(lán)焱”（BF-20），海平面推力為2200kN，室壓26Mpa。目前，該型號(hào)已確定了發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方案，預(yù)計(jì)將在2025年進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車，2027年完成發(fā)動(dòng)機(jī)研制。

從進(jìn)度節(jié)點(diǎn)來看，我國(guó)的200噸級(jí)全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與美國(guó)的進(jìn)度差距不超過8年。在此強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，這個(gè)只是進(jìn)度差距，而不是技術(shù)差距，因?yàn)楝F(xiàn)階段全流量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所需的關(guān)鍵技術(shù)我國(guó)均已掌握，只是我國(guó)這類發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)研制時(shí)間比較晚，才導(dǎo)致進(jìn)度落后于美國(guó)Space X公司。

客觀來講，Space X公司的“星艦”確實(shí)很強(qiáng)大，但它與現(xiàn)有火箭相比沒有本質(zhì)差別，起飛方式和動(dòng)力都沒有本質(zhì)差別。

為換道超車，我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展空天飛機(jī)

現(xiàn)有技術(shù)能夠造出的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)最高真空比沖不會(huì)超過470秒。而全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)再厲害，其真空比沖也還是比不上高壓補(bǔ)燃?xì)溲趸鸺l(fā)動(dòng)機(jī)或者膨脹循環(huán)氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)理論比沖只能達(dá)到390秒，本質(zhì)是仍然是一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，再怎么吹捧也改變不了它只是一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的事實(shí)。

我國(guó)已經(jīng)造出領(lǐng)先美國(guó)至少20年的JF22超級(jí)風(fēng)洞，憑借這款黑科技裝備，我國(guó)的高超音速飛行器研制進(jìn)度領(lǐng)先世界各國(guó)。其中就包括具有劃時(shí)代意義的空天飛機(jī)。

空天飛機(jī)之所以堪稱劃時(shí)代裝備，主要原因是它采用的是等效比沖遠(yuǎn)高于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，最終將實(shí)現(xiàn)單級(jí)入軌。這種航天裝備不依賴火箭發(fā)射架，可在機(jī)場(chǎng)自主起降，未來有望像民航客機(jī)那樣實(shí)現(xiàn)航班化，入軌成本有望低于可重復(fù)使用火箭。因此，我國(guó)不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單跟在美國(guó)Space X公司后面發(fā)展全流量液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和可重復(fù)使用火箭，更應(yīng)該利用我國(guó)的風(fēng)洞技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)發(fā)展新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，力爭(zhēng)通過空天飛機(jī)技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)載工具的換道超車。

令人欣慰的是，目前我國(guó)航天決策部門似乎早已意識(shí)到這點(diǎn)，試圖復(fù)制汽車領(lǐng)域“通過新能源汽車技術(shù)路線換道超車”的成功經(jīng)驗(yàn)。

此前本博主也曾發(fā)文介紹過我國(guó)的空天飛機(jī)研制進(jìn)展情況，結(jié)論就是領(lǐng)先世界各國(guó)。有興趣可以自行搜索“空天飛機(jī)”了解。