中国长征火箭煤油燃料研制记

4月的一天,上午11点28分左右,沉寂的秦岭深处突然地动山摇,100秒以后,震动嘶吼的大山又归于平静。

我国首次以液氧与煤基煤油为推进剂的火箭发动机整机热试车在中国航天科技集团公司六院获得成功。这是世界上首次将煤基煤油应用于航天领域,也标志着我国煤基航天煤油研制取得重要阶段性成果。

中国长征火箭煤油火箭发动机试验

对于这次试验,六院11所液氧煤油发动机总设计师刘红军评价道:“试车采集测量到的各项发动机参数全部达到预期目标,试验获得了圆满成功!这表明煤基航天煤油完全可以替代石油基航天煤油!”

从吃“细粮”到吃“粗粮”

和我国当前使用偏二甲肼作为燃料的火箭发动机不同,液氧煤油发动机“吃”的是煤油,由于煤油价格较低且绿色环保,因此液氧煤油发动机成为国际航天动力发展的一个重要方向。

2000年,由六院11所抓总的液氧煤油发动机正式获得国家立项,将其作为我国新一代运载火箭的重要动力。

刘红军介绍,液氧煤油发动机“吃”的煤油也是研制攻关中的一道难题。和普通发动机不同,液氧煤油发动机对煤油有着特殊的讲究,在发动机研制之初,我国并不具备这种煤油的生产能力,经过和国内有关单位合作攻关,最终研制出了石油基煤油作为液氧煤油发动机的燃料。

但是,当前我国只有特定的几口油井出产的石油能满足航天煤油生产的要求,这不仅造成成本较高,还有较大的局限性。为保证长期供货的稳定性、成本控制和提高运载能力的目的,有必要开展航天煤油替代燃料研究,拓宽新一代大功率运载火箭发动机配套用油的供应来源。

众所周知,我国煤炭资源相对丰富,在这样的条件下,发展以煤炭为原料的煤基航天煤油,是补充石油基燃料缺口、保障航天燃料供给的有效途径。

2006年7月3日, 120吨级液氧煤油发动机成功进行了首次600秒试车,在电视上看到新闻之后,神华集团找到了六院11所,提出合作开发煤基航天煤油。作为一家以煤炭生产、销售以及煤制油及煤化工等为主营业务的能源企业,神华集团在煤制油领域有着丰富的经验,投产了我国乃至全世界最大的煤制油项目。

要让发动机从“吃”石油换成“吃”煤并不是一件容易的事情,“如同从‘吃细粮’改为“吃粗粮”。”刘红军形容。但是,为了拓展液氧煤油发动机的“食谱”,发动机团队决定接受这个挑战。对此,他们一方面开始对神华集团的煤制油进行可行性分析,另一方面进一步在发动机性能提升上做文章。

2011年11月,神华集团旗下神华鄂尔多斯煤制油分公司对神华航煤馏分油、航天煤油进行理化性能分析对比,分析表明神华馏分油的主要指标满足航天煤油的质量要求。2012年8月,六院11所就神华馏分油理化性能分析数据开展技术交流,初步判定神华航煤馏分油具备生产航天煤油的潜质。