在商业航天赛道上,每一克重量都是真金白银。
近日,配套YF-75DB新型氢氧末级发动机的长征八号甲运载火箭圆满完成飞行任务。作为YF-75D系列发动机产品化的“核心机”,YF-75DB仅耗时16个月便完成研制。
这不仅标志着我国氢氧末级发动机研制与应用正式迈入全新阶段,也意味着中国航天动力技术正在快速迭代,向着更可靠、更经济的方向升级。
解锁“无限次数”起动
长期以来,传统氢氧发动机采用火药点火,次数受限于火工品的量,通常只能起动2~3次,容错率低且难以适配复杂任务。中国航天科技集团有限公司六院北京11所研制的YF-75DB发动机以低压火炬点火技术打破了这一限制。
航天科技集团庞红丽打了个比方:“这相当于先引燃一股小流量推进剂形成‘小火炬’,再用它点燃推力室的大量推进剂形成‘大火炬’。”该技术摒弃了一次性火药,直接从发动机氢氧泵腔抽取推进剂并用于低压火炬点火,实现多次点火起动;相较于高压点火方案,无需额外配备高压气瓶及相关的充放气阀门组件,结构更精简,重量也更轻,相对更匹配末级火箭减重增效的核心需求。
依托自身推进剂供给,该模式原则上可实现近乎“无限次数”的多次点火、重复起动。
这意味着YF-75DB具备3次以上高空可靠点火能力。前两次送卫星入轨,预留的第三次点火可实现火箭末级主动快速离轨,避免残骸长期占用稀缺轨道资源,正契合当前航天领域绿色发展趋势。
而未来,多次起动能力还能支持多星部署、复杂变轨,甚至在点火异常时关机重启,为火箭发射加上“双保险”。
助力火箭成为“直达快车”
随着卫星星座大规模组网、高轨探测任务日益增多,火箭末级长时间滑行正成为核心技术刚需。
以往火箭多采用“短时间滑行+卫星自主爬高”模式,即卫星入轨后需靠自身电推进耗时近一个月或更长时间才能爬升到目标轨道。YF-75DB则专门攻克了“小时级长时间滑行”难题。
在太空冷热交替的极端环境中,长时间滑行面临结构回温和微重力下发动机预冷等难题。“火箭末级的每一克推进剂都极其宝贵,预冷少消耗一点,就能给有效载荷多留一点速度增量。如何用最少的推进剂使发动机预冷达到点火起动条件,正是技术关键。”庞红丽解释。
研发团队通过优化发动机热防护提高热环境适应性、升级供气系统方案提高长滑供气可靠性、优化预冷系统及程序减少推进剂损耗,成功破解了长滑工况下的可靠工作难题。
目前,该发动机地面试车已完成最长3小时滑行验证,首飞即实现1000秒稳定滑行后,又接着实现约1小时的长滑。
航天科技集团吴瑾清介绍,这意味着火箭能将卫星直接送入目标圆轨道,卫星入轨即可快速展开帆板投入组网,极大缩短在轨部署周期,精准适配商业航天批量发射、快速部署需求。
商业航天的“成本算盘”
商业市场对火箭履约能力和发射价格更加敏感,对末级氢氧发动机的产能和成本有更高期待。
在极致减重方面,YF-75DB在保持10吨推力不变的前提下,通过精简供气系统、集成遥测系统等系统性优化,在系统更简洁的同时成功减重40公斤。“减重的每一公斤都直接转化为火箭有效运载能力。”吴瑾清感慨道。
值得一提的是对先进性的重新定义。传统发动机常采用钛合金导管减重,但成本高、成品率低。研发团队采用逆向思维,果断应用生产更便捷的不锈钢方案。“这样能实现快速生产和有效降本,在商业环境下值得。”庞红丽说。
在试验测试方面,研发团队基于前期大量研制试验结果的分析与总结,对测试流程进行了优化。凭借低压火炬点火和推力闭环调节,YF-75DB发动机具备一次点火达标、再次点火稳态的能力。据此,团队取消了繁琐的火工品测试和高空模拟试车的准备工作,显著缩短了试车周期。此外,团队还开发了试车数据快速分析处理工具,半小时即可评估发动机健康状态。
同时,YF-75DB将测试重心前移至发动机总装车间,尽量减少在火箭总装车间和发射场的测试环节,为高密度商业化发射扫清障碍。
通用化与重复使用的星辰大海
作为我国氢氧末级动力的标杆型号,YF-75DB已是长八甲火箭的标配动力,未来还将应用于其他型号,通用化优势明显。
目前,该发动机的一小时滑行能力能够满足长八甲火箭倾斜轨道直接入轨发射的需求,但距离地球同步轨道直接入轨发射还有较大差距,庞红丽表示,“未来的目标是瞄准中圆轨道、同步轨道以及更加遥远的深空,使火箭末级具备6小时在轨滑行的能力。”
吴瑾清补充,依托无限次点火和长时在轨的技术底座,未来的YF-75DB有望实现在轨补加和重复使用。一个高低轨常态化运输、末级重复利用的新型航天作业体系也正徐徐展开。
从16个月的极限研制到创新性的点火技术,再到用不锈钢替代钛合金的商业思路,YF-75DB不仅是一型发动机,也正成为中国商业航天在技术极致与商业逻辑间寻找最优解的生动样本。
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