中國130噸級可回收液氧煤油發動機成功！超越美國實現回收難題
據西安航天動力研究所11月26日發佈的報道，航天六院自主研製的130噸級重複使用液氧煤油補燃循環發動機首臺兩次起動試車取得圓滿成功！
130噸級重複使用液氧煤油補燃循環發動機是爲我國新一代重複使用運載火箭設計的大推力發動機，首臺原型驗證發動機試車成功，標誌着我國在重複使用發動機高壓補燃兩次點火、低入口壓力起動、連續變推力等核心關鍵技術上取得突破性進展。爲我國空間站運營等航天活動提供有力支撐。
其實這臺發動機給新版載人火箭用的
官方的報道中並沒有指出這款發動機的型號，不過筆者經過多方查找後確認這臺發動機的型號爲YF-100N，此前還有中國最大推力的500噸級火箭發動機YF-130成功，與YF-130同期成功的還有甲烷發動機，也有膨脹循環的YF-79成功，看得大家眼花繚亂，這些型號的背後到底是些什麼發動機？
我國的航空發動機是用WS-N命名的，這是渦扇的拼音，比如WS-10就是渦扇-10，另外還有WP渦噴、WJ渦槳、JS槳扇、WZ渦軸等。而火箭發動機則是以YF-N爲命名方式，這個是液體發動機的液發拼音簡寫，但液體燃料種類比較多，因此型號比較繁雜，大致規律如下：
YF-1、2、3，10以內的是偏二甲肼（燃料）和硝酸（氧化劑），早期毒發；
YF-20~50，偏二甲肼（燃料）和四氧化二氮（氧化劑），目前還在用的毒發；
YF-70~90，氫氧低溫燃料發動機，真正的無毒無污染火箭發動機；
YF-91，液氧甲烷火箭發動機（據稱爲YF-77氫氧機改），未來的可回收火箭發動機；
YF-100~ ，液氧煤油發動機，目前推力最大的發動機；
估計各位大概是看明白了，我國的液發基本以數字區隔的，瞭解的朋友看着毫無障礙，不知道的朋友看得雲裡霧裡，這個命名方式確實容易造成誤會，而且就目前的區隔來看，有些型號還不夠用了。當然這個火箭發動機還是比較專業的領域，各位愛好者看個熱鬧也就罷了。
YF-100N，新版載人火箭的發動機
11月26日成功試車的YF-100N發動機是給新版載人火箭使用的，此前一直在用CZ-2F火箭，這枚火箭的助推器是YF-20（1臺），一級火箭發動機也是YF-20（4臺），從上文我們可以瞭解到這種發動機用的偏二甲肼與四氧化二氮，也就是俗稱的毒發。
因爲偏二甲肼易燃、易爆、易揮發、劇毒、致癌，並且價格也相當高，每噸人民幣8萬，而它的氧化劑四氧化二氮也高達每噸1.7萬，所以這種燃料不但危險還貴，因此用液氧煤油的新版載人火箭代替能大幅降低成本，有利於未來長期的空間站活動。
從CZ-5衍生出兩款火箭，一款是CZ-5DY，這是新版登月火箭，以兩次發射在月球軌道上交會對接的方式實現載人登月，與CZ-9的版本相比，中國航天比之前更爲務實，因爲在CZ-5這款成熟的火箭上發展成本更低也更保險。
另一款則是CZ-5ZRL，這是新版載人航天火箭，主要用途是運送航天員抵達天宮空間站，兩者的發動機基本一致，但配置有些不一樣：
CZ-5DY：助推器：7臺YF-100K、一級：7臺YF-100K、2臺YF-100M、3臺YF-75E；
CZ-ZRL：一級：7臺YF-100K、1臺YF-100M；
從這個配置中也可以看出，新版載人火箭就是登月火箭的“刪減版”，發動機與一級都高度重複，這有利於降低成本，對長期維持航天活動非常有利。
而航天六院測試的這款火箭發動機則是YF-100N，其目的是替代兩款火箭中的一級發動機YF-100K，是衝着可回收方向發展的，設計目標爲重複使用10次，未來將再次降低載人航天的成本。
中國130噸級可回收液氧煤油發動機：超越美國解決回收難題!
自馬斯克開啓回收火箭發動機先河以來，各國從不屑一顧到趨之若鶩都不到10年時間，獵鷹火箭的發動機甚至有重複使用14次的，究竟是否划算，大家都能看得出來，但要實現可回收卻不是那麼簡單，需要的是強大的技術儲備！
該型發動機是瞄準我國新一代運載火箭重複使用打造的天地往返動力裝置，具有綜合性能高、拓展能力強、可靠性高等特點，該發動機將有力支撐我國重複使用航天運載器發展，滿足我國空間站運營等航天活動需求，提升我國大規模、低成本進出空間能力。
據悉，該型發動機在充分繼承系列型號研製技術基礎上，實現了該系列發動機通用化、一體化和數智化技術融合。此外，發動機部分零組件採用3D打印、自動化焊接、智能裝配等新工藝技術，在重複使用大推力發動機高壓補燃兩次點火、連續變推力等核心關鍵技術上取得突破性進展。
航天六院十一所液氧煤油發動機系統工程師張淼：研發團隊僅用一年時間完成了從方案設計到全流程演示驗證的研製流程，對發展我國重複使用運輸系統，進一步提高新一代載人登月火箭可靠性具有重要意義；對我國空間站運營等航天活動，提升大規模、低成本進出空間能力打下了堅實基礎。
據悉，該型發動機的部分零組件採用了3D打印、自動化焊接、智能裝配等新工藝技術，在重複使用大推力發動機高壓補燃兩次點火、連續變推力等核心關鍵技術上取得突破性進展。
一、多次點火技術
採用垂直起降的航天運載器都需要發動機具備多次點火能力，像SpaceX公司開式循環液氧煤油發動機梅林-1D（Merlin-1D），在獵鷹9號垂直起降過程最多要點火工作3次。
液氧煤油發動機採用了綠色、環保的推進劑組合，可在一次點火工作後進行吹除處理後，實現發動機重複點火工作，技術上具有重複使用能力。但航天運載器飛行時，無法實現和地面試驗相同的吹除等保障條件，同時由於低溫發動機點火準備階段需對低溫系統進行預先預冷，所以點火準備期的流程和地面也有較大差異。對於補燃循環液氧煤油發動機，這些制約條件將更加凸顯，需要對發動機進行技術研究，優化發動機點火準備階段的預冷流程，簡化發動機關機後至點火前的吹除處理方案。
目前，我國補燃循環液氧煤油發動機已在地面試驗實現了不間斷三次點火起動，摸索出了重複點火工作間的吹除處置和預冷方法。
二、大範圍變推力技術
垂直起降的航天運載器在返回過程中，由於推進劑剩餘量逐漸減少，運載器重量越來越輕，需要發動機具備大範圍推力調節能力，才能實現減速或地面軟着陸。要實現發動機的大範圍變推力，需設置調節元件和驅動機構，同時對調節精度和調節速率有要求。另外，工作條件的大範圍變化對發動機推力室等熱力組件及渦輪泵等主要組件的工作適應能力提出了很高要求。
我國液氧煤油發動機具備無級推力調節能力，通過地面試車進行充分驗證，其中推力調節機構和大範圍推力調節能力在新一代長征八號運載火箭上實現了飛行驗證。
三、力、熱防護技術
與一次性使用運載器相比，重複使用運載器不僅要求發動機在上升段工作，而且返回段也要再次點火工作用於運載器減速或着陸，特別是返回段的氣動力載荷條件、噴口反流熱流條件等更加苛刻，需要對發動機進行力、熱防護技術研究。另外，非工作段部分貫通內腔的接口也需要考慮返回段外界氣壓的變化進行正壓或反向密封保護。
某飛行器試驗的成功，初步驗證了液氧煤油發動機對重複使用飛行力、熱載荷條件及免維護防護措施的有效性。
四、重複使用狀態評估技術
爲了實現發動機重複使用工作的可靠性，需要對返回後的發動機進行狀態評估，用於判定發動機是否具有再次飛行的能力，特別是對工作條件惡劣的熱力組件熱疲勞、轉子組件結構應力疲勞開展專項研究。另外，發展並採用在線實時健康診斷技術，實現飛行階段發動機工作狀態的健康監測或採用動力冗餘運載器的彈道重構。
國內液體火箭發動機地面故障診斷系統在液氧煤油發動機研製試驗中應用較早，技術成熟。2022年3月在新一代長征六號甲運載火箭上首次實現了飛行健康監控系統的實戰應用。通過液體動力健康診斷相關技術研究，液氧煤油發動機在試車或飛行後狀態評估技術方面也開展了大量研究工作。
長征五號B運載火箭大推力氫氧發動機順利完成了型號可靠性試車，進一步驗證大推力氫氧發動機的能力，爲長征五號B運載火箭執行空間站任務奠定基礎。此次試車時間爲500秒，與發動機在火箭上的飛行時間一致。這已經是這臺發動機經歷的第4個500秒的試車驗證，相當於正常飛行時間的4倍，大大提高了發動機的壽命餘量。
據瞭解，長征五號B運載火箭將執行空間站各艙段的發射任務，其中核心艙將於今年春天率先發射。此次試車是根據工程總體安排，對大推力氫氧發動機進行可靠性增長的專項工作之一，提高整個空間站任務建設階段發動機的可靠性。
中國載人航天計劃共有"三步走"，第一步是從"神舟一號"走到"神舟七號"，前4個載人飛船是無人的，"神五"時楊利偉上天，實現中國人第一次進入太空的夢想，雖然比"太空旅行第一人"尤里·阿列克謝耶維奇·加加林晚了幾十年，但兩個不記喇諒堡是一個數量級。加加林只飛了一個小時，是傘降;楊利偉飛了一天，是軟着陸，返回艙已達到"容3個人7天往返"標準。加加林落地偏差達400公里;楊利偉落地時，落在中國內蒙古，當時設計"100乘以90公里着陸"都算準確着陸，但最終落地偏差只有10公里，後來"神六"、"神七"落地誤差只有1公里，3條飛船實現了第一階段的全部任務。
計劃第二步，是繼續突破載人航天的基本技術:多人多天飛行、航天員出艙在太空行走、完成飛船與空間艙的交會對接。"我們正在進入二期計劃，最近幾天，我們就會打'神八'，打上去以後，'神八'和'天宮一號'要實現遠程交會對接，對接後，組合體會在太空運行12天，科學家要進行動力學、姿態控制等驗證。'天宮一號'裡面沒人，但是按照有人生活來設置環境的，溫度、溼度、氧氣等指標都要進行檢測，爲解決將來人進去的問題。二體對接後，還要再分開，進行第二次交會對接，主要是爲了掌握實踐經驗，最後實現2次無人交會對接後 將實現有人交會對接任務，驗證組合體飛行、人能在其中生存等問題。"
第三步就是建立中國自己的空間站，先向太空打出核漿潤心艙段，再打很多艙口與其對接，用太陽翼進行宙榜棕發電。天上只有中國的空間站，美國的、國際的都沒了。這是因爲，到時候，現有的空間站壽命到了，新興國家還沒有這個能力，所以只有中國的"。