试车380秒 航天民企星河动力突破火箭“心脏起搏器”技术

　　试车380秒，航天民企星河动力突破火箭“心脏起搏器”技术

　　民营火箭企业星河动力（北京）空间科技有限公司（下称“星河动力”）“智神星”重复使用中型液体运载火箭研制又有新突破。7月5日至7月6日，该型火箭40吨级重复使用液氧/煤油发动机燃气发生器两天内完成7次点火试车，累计试车时间380秒，单次最长工作时间100秒。

星河动力燃气发生器点火试车

　　试验数据初步分析表明，燃气发生器启动和关机正常，试验数据与预调值吻合，出口火焰稳定；试验最大特征速度效率接近100%，出口燃气温度均匀性小于等于±28℃，无启动温度峰等。星河动力方面表示，各项指标均已达到国际先进水平。

　　星河动力联合创始人夏东坤对澎湃新闻（）记者表示，该燃气发生器做到三个技术创新，其中，相比业内普遍使用的圆桶状燃气发生器，球锥型燃气发生器属国内首创。此次完成燃气发生器点火试车后，星河动力将在年底前进行涡轮泵试车、涡轮泵和燃气发生器联试以及推力室试车，春节前可进行液体发动机全系统试车。

　　星河动力（北京）空间科技有限公司成立于2018年2月，是从事低成本商业航天发射业务的民营航天公司。其核心产品及服务分两条路径，一是“谷神星”系列小型固体运载火箭发射服务，二是“智神星”系列中型液体运载火箭发射服务等。

　　这家火箭民企的目标是造出中国的“猎鹰9号”，其自主研制的液氧/煤油发动机正是对标“猎鹰9号”的梅林发动机。星河动力小型固体火箭“谷神星一号”面向低轨商业小卫星市场，预计2020年3月首飞，中型液体运载火箭“智神星一号”预计2022年12月首飞。

　　如果涡轮泵是心脏，燃气发生器就是心脏起搏器

　　7月6日上午，在试验现场，监控室内的工作人员校对工况参数。监控画面上，地面持续喷水降温。随着一声鸣响，液体发动机燃气发生器再次点火，火焰“啪”一声从喷管中喷出，随后喷出的高温燃气弥漫在试车台所在的山谷中，而原本银色的排气管已经“烧”红。工作人员说，这台燃气发生器已经历第6次点火，试验过燃料和氧化剂不同混合比以及多种压力、气温下的工况。

　　燃气发生器是火箭发动机中产生燃气的组件，通过产生高温高压的燃气驱动涡轮泵工作。要了解燃气发生器，还要从涡轮泵讲起。

　　火箭发动机中的涡轮泵是对氧化剂和燃料进行增压的一种联动装置，来自贮箱的氧化剂和燃料经涡轮泵增压后可供应到推力室进行燃烧。推力室是火箭发动机中完成推进剂能量转化和产生推力的组件，火箭的氧化剂和燃料在推力室中燃烧产生推力。

　　那么，如何使涡轮泵一直源源不断地吸氧化剂和燃料进入推力室燃烧？这就需要依靠燃气发生器的驱动。星河动力联合创始人夏东坤介绍，由涡轮泵吸入的氧化剂和燃料除大部分进入推力室燃烧，还有一小部分进入燃气发生器。燃气发生器燃烧后形成的高温高压燃气推动涡轮泵再吸推进剂，一小部分推进剂进入燃气发生器，大部分进入推力室，由此形成循环。形象地讲，如果涡轮泵是心脏，那么燃气发生器就是心脏起搏器。

　　要让整个火箭系统顺利工作，燃气发生器的职责就是要做到稳定可靠、温度均匀，为下游的涡轮叶片提供“舒适”环境。其温度范围不能超过涡轮叶片能承受的温度，也就是800摄氏度。

　　如果燃气发生器燃烧不稳定、燃气温度不均匀，涡轮叶片将工作在流速忽快忽慢、温度忽高忽低的环境里，寿命大打折扣，无法实现多次使用目标，甚至烧掉涡轮泵。

　　满足燃气温度均匀性，国内首创球锥型燃气发生器

　　“燃气发生器要能变工况工作，压力、温度、混合比都要满足发动机要求。”星河动力液体发动机技术负责人表示，此次试验的推进剂流量范围3.2kg/s-7.8kg/s，混合比范围0.3-0.5，室压范围4兆帕-8兆帕，覆盖了发动机4：1深度变推力的全部工况范围。

　　“特别是要满足燃气温度均匀性的要求。”该负责人向澎湃新闻（）记者介绍，为满足燃气发生器均匀燃烧的要求，团队对该组件同时完成3个改进。他们首先优化了低温液氧和常温煤油撞击雾化参数，通过上百组互击式喷嘴和边区膜冷设计，形成高效的雾化混合效果。

　　氧化剂和燃料也被总称为推进剂，他们总是按一定的流量和混合比进入燃烧室雾化、混合和燃烧。雾化使液体分散成微小液滴，通过雾化的氧化剂和燃料待在一起时更均匀，燃烧也更缓和。采用三股互击的方式喷注氧化剂和燃料，比原先的二股互击式提高了混合的效率。