中国火箭发动机

说到长征火箭，不能不提它的发动机，其实火箭技术，目前为止最关键的部分也就是发动机。中国的运载火箭和其他诸国一样，也是由弹道导弹演变而来。CZ-1火箭源自DF-4型远程弹道导弹；CZ-2火箭和FB-1(风暴一号)火箭都来自于DF-5号洲际弹道导弹；CZ-3火箭是采用CZ-2的一子级和二子级，增加了一个氢氧(LOX/LH2)低温上面级发动机；CZ-4火箭可以说是增加了常温上面级发动机做三子级的CZ-2。随着时间的推移，尤其是冷战的结束，老式派生自弹道导弹的运载火箭难以满足新的发射需求，这不仅是运载能力不够的问题，还包括经济性不足，污染有毒等问题，为此各国都开始开发新一代运载火箭，我国由于经济转轨时期的拨款问题拖后了十多年，不过也开始开发新一代运载火箭系列，主要就是CZ-5系列和CZ-6小火箭，还有KT-1固体火箭和可能由此派生的空射小火箭。由以上的简要介绍可以看出，目前我国使用的运载火箭的发动机，都相当陈旧了:-(，下面简单介绍下现有的火箭及发动机吧。长征一号运载火箭的发动机来DF-4导弹，是一种三级火箭。CZ-1一子级发动机为YF-2A动机，这是由4台YF-1单机并联而成的发动机(其实YF-2严格地说不能算一种发动机的)，YF-2发动机采用偏二甲肼+硝酸-27S(N2O4/HNO3-27S)自燃推进剂，海平面比冲为2349牛·秒/千克，真空比冲2607牛·秒/千克，推力为1020千牛，工作时间140秒；CZ-1的二子级为YF-1基础上改良而来的高空发动机YF-3，加装玻璃钢喷管延伸段，喷管面积比从YF-1的10增加到48.2，相应的YF-3真空推力为294.2千牛，真空比冲2746牛·秒/千克；进一步改进后的YF-3真空推力增加到320.2千牛，比冲为2814牛·秒/千克；三子级的发动机为固体发动机FG-02，采用聚硫橡胶推进剂，装药为1.8吨，真空总冲为4440千牛·秒，真空比冲为2472牛·秒/千克，燃烧时间约为40秒。后来DF-4的改进过程中还派生出长征一号丙型运载火箭，于1997年首飞，CZ-1D火箭的一子级为YF-2A发动机，推力提高到1101.2千牛，海平面比冲增加到2378牛·秒/千克，真空比冲增加到2622牛·秒/千克。CZ-1D的二子级用YF-40代替了原来的固定式YF-3发动机，YF-40发动机采用两台双向摆动并可二次启动的单机并联而成，它是为CZ-4发展的常温上面级发动机(所以有二次启动能力就很正常了o(∩_∩)o...)，其真空推力为100.86千牛，比冲为2981.2牛·秒/千克，工作时间约为360秒；三子级采用新的FG-36固体发动机替换了原有的FG-02发动机，采用端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂，真空平均比冲约为2834牛·秒/千克，推力约为44.6千牛，工作时间约为41秒。长征二号运载火箭系列是一种二级火箭。包括长征二号，长征二号C，长征二号D，长征二号E和载人航天使用的长征二号F型火箭，其中长征二号已经于1979年停产，长征二号D为上海航天局的产品。长征二号的发动机技术派生自DF-5导弹，长征二号C的一子级采用4台单机YF-20B并联而成的发动机(！并联又是并联:-(！)，称之为YF-21B，又称DaFY6-2发动机，使用偏二甲肼+四氧化二氮(N2O4+UDMH)推进剂，总推力2961.6千牛，海平面比冲为2556.2牛·秒/千克；二子级采用一台主发动机YF-22B和4台游动发动机YF-23B组成，YF-22B和YF-23B又称DaFY20-1和DaFY21-1发动机，确切的说：YF22B/DaFY20-1就是YF20B发动机的高空版。YF-22B发动机推力为742千牛，真空比冲为2922.57牛·秒/千克；YF-23B发动机推力为11.8千牛，真空比冲为2910.5牛·秒/千克。长征二号C改进型火箭(CZ-2C/FP)曾被用作发射铱星，新增加了一个多星智能分配上面级(FP为智能分配器)而改进为三级火箭，在1997至1999年间把12颗铱星送入轨道，值得关注的是，这个智能分配器是我国在MIRV技术方面的首次尝试。智能分配上面级的发动机编号FG-47，采用HTPB燃料的固体发动机，推力为742千牛，真空比冲2825.28牛·秒/千克。长征二号D型火箭是上海航天局的产品，采用增加推进剂加注量和增加推力的方法进行了改进，一二子级的结构布局与发动机和长征四号基本相同(其实和长征二号也基本相同)。一子级采用YF-21B发动机，二子级采用YF-22和YF-23F发动机，其技术数据和长征四号一二子级的一致。长征二号E型火箭是以加长的长征二号C型火箭为芯级，捆绑4台液体助推器组成的大型二级捆绑式火箭系统，可以将9.2吨载荷送入请教28.5°，高度200公里的近地圆轨道，它使我国首次掌握了捆绑式火箭的技术。长征二号E型火箭的一子级二子级发动机与长征二号C型火箭基本相同，型号仍然为YF-21B，YF-22B和YF-23B，它捆绑的助推器发动机型号为DaFY5-1(又是YF-20的马甲)发动机，采用N2O4+UDMH推进剂，推力为740.4千牛，比冲2556.2千牛。长征二号E火箭与1988年开始研制，1990年7月16日试验发射成功，1992年首次商业发射。长征二号E火箭还可以增加一个三轴稳定的固体上面级ETS，用于发射同步轨道通讯卫星，可将约3吨有效载荷送入同步转移轨道(GTO)，采用ETS的长征二号E火箭于1995年11月首次成功发射。ETS的发动机称为长征二号E远地点发动机(EPKM)，推进剂为HTPB，真空比冲2863.5牛·秒/千克，平均推力179.2千牛，工作时间为87秒。长征二号F型运载火箭派生自长征二号E型火箭，用于载人航天发射任务，绰号神箭。它是一种二级火箭，其一二子级的改进主要是提高了可靠性与安全性:-)，发动机与性能数据参照CZ-2E火箭长征三号运载火箭是一种三级液体大型运载火箭，其一二子级的结构布局和发动机基本上和长征二号C运载火箭一致，三子级采用了具有高空二次启动能力的LOX/LH2发动机YF-73，长征三号与1984年4月首次成功发射，将实验通讯卫星送入同步转移轨道。长征三号的研制成功使我国成为世界上第四个具有同步轨道卫星发射能力的国家，GTO的运输能力约为1.5吨。YF-73的研制成功与投入使用，使我国成为世界上第二个掌握低温发动机二次启动技术的国家。长征三号火箭的一子级发动机为YF-21B发动机(4台YF-20B并联而来)，二子级采用YF-24D发动机，又称DaFY20-1发动机，三子级采用新开发的使用LOX/LH2燃料的YF-73发动机，推力为44.43千牛，真空比冲4119牛·秒/千克，工作时间为719秒。 长征三号A型运载火箭的主要改进是采用了新型上面级发动机YF-75，其GTO运载能力提高到2.65吨，它于1994年2月8日首次成功发射。YF-75由两台单机并联(！并联又见并联！)而成，推力为78.5*2千牛，真空比重为4312牛·秒/千克，工作时间约为475秒。长征三号B型运载火箭以长征三号A型运载火箭为芯级，外加捆绑4台液体助推器组合而成，助推器的发动机为DaFY5-1(！YF-20发动机满赛！)发动机，推力为740.4千牛，比冲2556.2牛·秒/千克。是我国运载能力最大，技术最先进，构成最复杂的火箭，其GTO运载能力高达5.1吨。长征三号C型火箭也是以长征三号A为芯级，不过仅仅是捆绑了2台助推器，助推器发动机亦为DaFY5-1，可以看做是B型号的精简版，其GTO运载能力为3.8吨。长征四号运载火箭系列是上海航天局的产品，于是，理论上的风暴一号也被算入长征四号系列的范围。风暴一号是上海航天局于1960年代末在DF-5的基础上开发的低轨道运载火箭，风暴一号的一子级二子级发动机也是YF-21，YF-22和YF-23，使用中11次发射7次成功，发射了6颗卫星。对于大多数人，它广为人知是1981年9月进行了一箭三星的发射，而它为了验证新技术进行了的两次低弹道发射知道的人就少得多。这么说吧，早期CZ-2，FB-1和DF-5有很多重叠，那两次低弹道发射实际上是为了验证DF-5的性能，或者说，就是DF-5。至少本鼠单从照片看，CZ-2，DF-5和FB-1的发射经常混淆的，他们基本一摸一样的丫固体火箭尽管相对液体火箭而言比冲低，有效载荷少并且价格更为昂贵，但是具有射前准备时间短，简单可靠等特点。在固体火箭方面，科工集团研制了首枚全固体燃料四级运载火箭KT-1，用于发射小卫星以及微型卫星，运载能力为低地轨道100千克一下有效载荷。KT-1系列还有改进型KT-1A和带固体助推器的版本KT-1B(原来的KT-2系列火箭)。此外，2006年珠海航展上，还展出了H-6为载机的空射小型固体运载火箭，重量为13吨，带翼三级运载火箭，500公里太阳同步轨道运载能力为50千克，低地轨道运载能力约为100千克。