如何开辟一条 SpaceX 的国产商业化之路?( 七 )


FounderPark:怎么理解液氧/煤油针栓发动机的先进性和趋势?
霍亮:传统发动机的结构有点类似家用的花洒 , 上面有很多喷嘴 , 通过不同的喷嘴把燃料喷进去 。 这种结构比较复杂 , 每个喷嘴要求的尺寸精度和一致性都很高 , 有一个喷嘴出现了问题 , 可能就会导致整个发动机工作不正常甚至损毁 。
另外 , 对于回收的火箭来说 , 本质上要求发动机在推力大范围调节的过程中能够平滑稳定的调节 。 对于火箭发动机来说 , 推力越大越不折腾 , 可以在一个稳定的状况下工作 , 同时也意味着没法进行推力的调节 。 回收的发送机基本要节流到50% , 也就是推力降低到满推力的50%左右 , 有时候需要上调到110% , 也就是50%-110%的范围 , 这么大的范围内发动机还能够稳定工作 , 在历史上只有针栓技术被证明是比较适合的 。
美国阿波罗登月的下降发动机使用的就是针栓技术 , 保证了飞船在下降和着陆时的推力控制 。 这也是针栓发动机的第一个特点 , 在调节推力的时候能够比较稳定的工作 。
如何开辟一条 SpaceX 的国产商业化之路?
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阿波罗登月使用的发动机|来源:维基百科
第二 , 针栓发动机的结构相对比较简单 , 结构与花洒不同 , 喷柱方向不是自顶向下 , 而是两种推进剂分别沿轴向、径向喷射交叉撞击 , 具有良好的燃烧稳定性 , 比较适用于变推力的下降发送机 。
Spacex的梅林发动机也是采用了针栓结构 , 这得益于其总工程师TomMueller对Fastrac发动机的技术进行的改进和迭代 。 从梅林1A到现在的梅林1D , 研制过程也是非常曲折的 , 现在推力能够保持在100吨以上 , 推重比(一公斤的自重能够产生的推力)达到了世界巅峰——200 。
我们在技术途径上跟SpaceX是一脉相承的 , 我们在国内最早做出了针栓式的煤油发动机 。 这项技术在国内最早应用于常规推进剂 , 也就是常温推进剂 。 我们对其进行了改进 , 用在了液氧/煤油的单低温推进剂上 。 我们先做了一个工程样机 , 也就是这次飞行使用的雷霆-5发动机 , 此前已经经过了大概12次的飞行 。 后续会有雷霆-R1发动机进入测试阶段 , 推力在20吨左右 , 同样使用了针栓式喷注器 。
如何开辟一条 SpaceX 的国产商业化之路?
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深蓝雷霆-R1发动机|来源:深蓝航天
FounderPark:SpaceX用了很多很多非航天级别的产品 , 国内的航天领域未来会不会借用其他领域成熟的技术和产品?而对于低成本的元器件 , 会从哪些维度判断可行性?
霍亮:对于工程技术领域来说 , 技术上不存在绝对的跨越性的进步 。 我们将来肯定会尝试去用工业级的产品 , 因为最主要的一个目标就是大幅度地降低成本 , 但这是一个逐步的过程 , 需要通过小规模的测试 , 以及设计一些合适的测试来真正实现它的应用 。
判断可行性的话 , 第一是从需求出发 , 是应用于短期需求、中期需求还是长期需求等 。 第二个原则是可控原则 , 因为我们做的是工程而不是研究 , 需要在确定的时间内达到确定的结果 , 就需要从周期、成本、是否能解决以及风险等维度上进行评估 。
在这次飞行的过程中 , 我们确实用了一些来自其他行业的 , 比如航空、汽车行业的产品 。 因为我们现在飞行的高度还不高 , 用不上那么高配的产品 , 我们反而用了一些当前环境中低配的产品 。 这也是我们刚才所说的低成本试错 , 把速度提上去 。
FounderPark:从入轨能力的角度 , 估计要用多少年完成入轨且可回收?