 发射卫星的火箭燃料要体积小，重量轻，但发出的热量要大，这样才能减轻火箭的重量，使卫星快速地送上轨道。液体燃料放出的能量大，产生的推力也大；而且这种燃料比较容易控制，燃烧时间较长，因此，发射卫星的火箭大都采用液体燃料。 液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机。氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化，蒸发，混合和燃烧等过成生成燃烧产物，以高速（25O0一5000米／秒）从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达2O0大气压（约20OMPa）、温度300O～400O℃，故需要冷却。推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂。按输送方式不同，有挤压式（气压式）和泵压式两类供应系统。挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后（氧化剂、燃烧剂的流量是*减压器调定的压力控制）进入氧化剂、燃烧剂贮箱，将其分别挤压到燃烧室中。挤压式供应系统只用于小推力发动机。大推力发动机则用泵压式供应系统，这种系统是用液压泵输送推进剂。发动机控制系统的功用是对发动机的工作程序和工作参数进行调节和控制。工作程序包括发动机起动、工作。关机三个阶段，这一过程是按预定程序自动进行的。工作参数主要指推力大小、推进剂的混合比。液体火箭发动机的优点是比冲高（25O～5OO秒），推力范围大（单台推力在1克力～700吨力）、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。 液体火箭的推进剂，其中比较常用的有：四氧化二氮-肼类（偏二甲肼，一甲基肼，肼），液氧-煤油，液氢-液氧等。 ;四氧化二氮-肼类推进剂被广泛使用，特点是可存储，并且四氧化二氮和肼接触后可以自燃，可*性高。四氧化二氮-肼类最早用于战略导弹，后来也用于航天的运载火箭。 苏联的SS-7，现役的SS-18，SS-19，美国的大力神，中国的长征1，2，3型火箭，俄罗斯的质子火箭，阿利亚娜1，2，3，4型火箭都在下面级使用了四氧化二氮-肼类推进剂。 ;四氧化二氮-肼类的比冲还可以，约230秒左右，各国新一代的运载火箭都不再使用。 四氧化二氮是强氧化剂，偏二甲肼是强还原剂，它们的分子一经接触就会发生剧烈的化学反应，放热而着火燃烧。燃料虽具有良好的比冲性能(Isp约300s)和自燃特性，但它们的毒性较高。 谈先进的液氧(煤油)火箭发动机张贵田 ，航天技术是现代科学技术中发展最快的尖端技术之一，是一个国家科学技术水平和国民经济实力的综合反映，是一个国家科学技术水平的重要标志，亦是综合国力的象征。航天技术高度综合集中了许多基础科学和新技术，如数学、近代力学、自动控制、电子计算机、真空与低温技术等，它的发展促进了一大批基础科学和现代技术的发展，如新材料、空间物理、航天医学、生命科学等。航天技术的发展、宇宙环境的应用导致了一系列出乎意料的技术革新。当今，一些发达国家正在以大空间概念设计国民经济未来发展的蓝图，把航天技术产业作为未来发展的一个战略重点，认为它是发展各类高新技术产业的领头技术，它能带动一大批高新技术产业其它基础产业的发展，推动和促进新工艺、新材料、新能源等技术的进步，航天技术对国民经济的发展将起到“加速器”和“倍增器”的作用。 航天科技工业的发展对推动解决我国面临的人口与资源、环境与灾害、通信与交通、教育与文化等重大社会问题起到了其它任何技术和产品不可替代的作用。同时，航天技术对国家的国防建设具有极其重要的意义，这一点已得到共识。目前战略战术导弹、卫星导航定位、军事测绘侦察、作战指挥和通信等方面广泛应用于国防建设，并取得了显著效果。宇宙空间是现代军事竟争的制高点，航天技术与防御技术已很难分开，这在战略威慑和现代化战争中表现得尤为显著。 航天技术能够产生巨大社会效益和经济效益的主要途径是通过应用卫星来实现的，而运载火箭扮演着极其重要的角色。在近40年的发展中，我国航天科技工业依*自己的力量，研制成功了长征系列运载火箭，达到了全型谱的运载能力，并已成功将我国自行研制的通信、返回式遥感、气象等应用卫星送到静止、近地和太阳同步等不同的轨道，而且先后成功地为西德、澳大利亚、瑞典、法国、美国等国家发射卫星或其它有效载荷。我国的长征火箭成为世界发射市场的主要运载工具之一，昂首阔步地进行国际商业发射市场，使中国航天在国际航天界占有一席之地，并享有较高声誉，显示了社会主义中国的综合实力。 虽然我国航天技术取得了巨大的成就，引起了世人的瞩目，但是应该清醒地认识到我们的不足。目前，我国现有的长征系列运载火箭是在战略武器的基础上演变延用而来的，其推进剂(偏二甲肼／四氧化二氮)毒性大、污染严重、价格高、性能低，其不足是很明显的。美国、法国、前苏联等航天大国对于推进剂的毒性和污染问题高度重视。美国从1970年就禁止在本土上生产偏二甲肼，法国阿里安火箭所用的偏二甲肼一直从苏联购买，而且不在本土上发射(在法属圭亚那库鲁航天发射中心发射)；原苏联解体之前曾下令禁止使用偏二甲肼。随着全世界对环境保护的日益重视，很可能在不久的将来全世界禁止生产使用偏二甲肼作为火箭推进剂。因为偏二甲肼毒性较大，损害人体的肝脏。尤其是四氧化二氮／偏二甲肼的燃烧产物，对人体损害更大，并较为严重地污染环境。从事使用该种推进剂发动机试验的工作人员中60%有不同程度的肝病，普遍转氨酶高。由于组织火箭发射时, 由于N2O4泄漏已引起几次伤亡事故，后果比较严重。 长征运载火箭是当今世界可*性、技术稳定性最好的运载火箭之一，但是近几年来，长征火箭发射时有失利，并造成了不同程度的人员伤亡，其推进剂毒性大和污染严重问题已引起了我国各级领导的高度重视，也增加了参试人员的恐惧感。虽然发射失利未引起十分严重的后果，但参试人员“死里逃生”、“后怕”的感觉仍然十分强烈。这给组织发射带来了一定的困难。同时，由于推进剂价格偏高增加发射成本，进而使得长征火箭在国际发射市场中价格竞争力不甚明显，也是一个比较突出的问题。如何提高运载火箭可*性，降低发射成本，增强竞争力，是加速我国运载火箭产业化进程的关键所在。 要想有先进的运载火箭，首先必须要有先进的动力系统——火箭发动机。火箭发动机是运载火箭的心脏，它的先进性突出表现在低成本、无污染、高可*、高性能、使用安全、操作方便。液氧/煤油火箭发动机作为运载动力装置的优越性在于:一是煤油作为常温推进剂，使用极为方便， 安全性好，而甲烷、丙烷、液氢为低温推进剂，不好贮存，运输、加注和操作都不方便，泄漏后易起火爆炸，特别是液氢很容易泄漏。二是煤油价格便宜，每千克煤油的价格只有液氢的1/100和偏二甲肼的1/30， 可以较大幅度地降低发动机的研制成本和运载火箭的发射费用。发射一颗20T低轨道的有效载荷， 如用液氢/液氧和四氧化二氮/偏二甲肼组成的二级半方案推进剂费需3000万元，而用全液氧/煤油方案只需推进剂费100万元。 三是液氧/煤油组合密度比冲高，是理想的下面级(助推级和芯一级)发动机，稍作改进之后亦可作为比较理想的上面级发动机。四是我国煤油资源丰富，贮量极大，可满足长远的需要。 我国克拉玛依油田开采的煤油是低凝点环烷基中质原油，完全符合火箭推进剂用煤油标准， 现已查明贮量在5亿吨以上，按每年200万吨开采量计算，可连续开采50年以上，同时我国黑虎山、辽河、胜利等油田符合要求的原油贮量也是丰富的。经各种研究试验和两次液氧/煤油发动机热试车的成功，充分说明了国产煤油能完全满足使用要求。五是使用液氧/煤油发动机可完全消除四氧化二氮/偏二甲肼有毒且污染环境的严重不足。六是液氧/煤油发动机可实现运载火箭模块化积木式设计，可用不同组合完成不同载荷的发射任务，能形成我国新一代运载火箭系列。上述诸优点体现了先进动力系统的要求和研制方向。 经过近10年关于大型运载火箭和天地往返运输系统动力系统的技术论证、研究及关键技术攻关，国家决定研制液氧/煤油高压补燃发动机，并已列入“863”计划。 这无疑是提高我国航天技术水平的重大举措，更是加速我国运载火箭产业化进程的英明之举。 |
