更大更强的火箭

大推力火箭一直是各国火箭研发的重点以及难题，想要推力达标，同时不能损失太多动能，比冲又要合理，这些都对航空工程师提出了不少考验。

我国航天部门在近年来也在不断测试升级新一代的重型运载火箭，考虑到未来空间站建设以及登月计划，一支大推力火箭必不可少。

(相关资料图)

国内历来都是自主研发航天工程，这次也不例外。

面对大推力火箭需求，我国则有YF-77大推力发动机，这也是国产第一款大推力氢氧发动机。

从1995年开始，中国开展了新一代运载火箭方案的相关技术讨论研究，主要目光聚集在液氧煤油和氢氧燃烧两种大推力火箭发动机中。

当时对于大推力火箭发动机的参考主要调研了欧美国家的发动机，并在氢氧分级燃烧循环技术中做文章。

早期开发的Da-76发动机在燃烧方案中比较接近日本LE-7发动机，不过出于最终考量，这款发动机的全系统验证没有成功。

国内的科研工作者认为，分级燃烧循环的LE-7发动机虽然比冲不错，但是研制过程过于艰难，并且在研制成本和实验成本上消耗较大。

后来受欧美国家的影响，国内的大推力火箭发动机最终采用燃气发生器循环的氢氧发动机。

不过在国产的第三代液氢液氧火箭发动机中，YF-75D则采用膨胀循环，并用于长征5号系列火箭的第二级运输。

这款发动机相较于其他发动机来讲，无论是YF-75D还是YF-75都是首次采用膨胀循环的方式。

从使用层面来讲，膨胀循环发动机省去了燃气发生器以及预燃系统，在结构上避免了涡轮烧蚀，提升了使用可靠性。

另外该发动机可以调整燃料的混合比例，优化燃烧方式，并可以进行多次点火。

在国内新一代的膨胀循环发动机里，它具备25吨级的推力，性能优秀、结构简单。

我国也是自美国、俄罗斯、欧盟和日本以来，世界第五个拥有该技术的国家，同时也标志着我国大推力火箭在研制中取得了重大突破。

膨胀循环发动机

那么，什么是膨胀循环发动机呢？

膨胀循环发动机从理论上来讲并不是什么特别黑科技的技术，它是一种双推进剂火箭发动机的动力循环装置。

在该循环中，燃料会用于冷却发动机的燃烧室，同时吸收热量改变自身相态。

经过加热后的气态燃料会为涡轮机提供动力，而涡轮机又会驱动发动机的燃料泵和氧化剂泵，最终被喷射到燃烧室进行燃烧。

但是在排气的循环中，并不是所有被加热的推进剂都会通过引导进入涡轮送回燃烧室。

它只会使用一小部分加热的推进剂来驱动涡轮，然后排出。

另外，排出是在不通过燃烧室的情况下被排出舷外，一小部分被喷射到燃烧室中。

利用降低背压和最大化通过涡轮的压降，排出涡轮排气允许更高的涡轮泵效率。

因此这也使得膨胀循环发动机与一般标准的发动机相比，废气部分的处理使得该发动机获得了更大的推力。

如果是双膨胀循环机制，它与分级燃烧在氧化剂和燃料中。

分别在全流量循环中实现的类似方式一样，膨胀循环可以为其在两条单独的路径上实施。

另外在与其他设计相比，膨胀循环发动机在低温、使用范围、安全性方面更甚一筹。

低温状态下，推进剂通常接近室温，这对涡轮机的伤害会更小，甚至没有，因此膨胀循环发动机可以重复使用。

如果以美国RL10发动机为例，传统的气体发生器实际上是微型火箭发动机，具有许多不可预知的复杂性。

哪怕是一丁点堵塞也会导致热点，从而使发动机剧烈损坏。但是膨胀循环发动机就不会出现这样的问题。

由于钟罩式的膨胀循环发动机推力有限，所以它能够很轻松地设计成可以承受其最大推力条件的外形。

但是在其他发动机类型中，燃料阀的位置设计或者其他反馈装置可能会由于意外的反馈系统导致发动机推力失控。

中国航天新推力

不管怎么讲，膨胀循环发动机作为大推力火箭发动机的首选，想要从理论到实践还是非常困难。

尽管从原理上来看就那么回事，但这相当考验一个国家的工业技术，以及科技水平。

就算是美国使用的主流膨胀循环发动机的推力也就在10吨左右。

中国虽说航天工程起步晚，与欧美国家有很大的差异，但是在发动机这块我们做得还是很不错的。

就目前来看，国内闭式膨胀循环发动机25吨级的推力已经处于世界一流。

为了保证发动机运行不会受到影响，国内的科研团队还使用了全新的换热结构，这样可以更好地提升推力室的换热量。

此外，推力室的不少部件都是通过3D打印的方式进行一体化制造，最大程度保证了焊缝数量少，结构精度高。

国产膨胀循环发动机的可靠性相比欧美国家的也要高出不少，与日本的相比，三菱工业的制造水平能够保证在恶劣的情况下让发动机照常点火，这一点我们已经做到。

不过要说比冲的话，YF-75D的比冲大概在442秒，印度CE20的比冲为443秒，这一点还可以进行提升。

如果想要进行更高的推力和突破，发动机的芯级还需要进行提升。

固体燃料火箭的大推力以及低比冲刚好与氢氧燃烧的低推力、高比冲互补，火箭使用这块目前仍是固体主推，液体芯级为主。

但是从国内的发展水平来看，能够在如此短的时间内追赶上欧美国家的能力，已是难能可贵。

当下在液体芯级发展不足的情况下，未来的固体推力火箭应该还会占据很长一段时间。

不过考虑到工业化和商业化的发展，膨胀循环发动机将会是一个重点发展的技术。

客观来讲，膨胀循环发动机尽管取得了技术优势，但是未来还有不少改进空间，日渐缩小的航天差距将会使中国迈向航天强国的希望。