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近日，我國自主研製的某型液氧煤油發動機成功完成重複飛行試驗。由此，國內(nei) 首次實現了液體(ti) 火箭動力係統重複使用，標誌著我國液體(ti) 火箭發動機重複使用技術進入工程應用階段。

放眼全球，隨著可重複使用火箭技術日益成熟，技術難點被逐步攻克，各國已掀起新一輪發展熱潮。那麽(me) 可重複使用的液體(ti) 火箭目前有哪些型號？未來發展趨勢又會(hui) 是怎樣呢？

回收複用難關(guan) 多

液體(ti) 火箭發動機作為(wei) 航天運載器的主要動力裝置，具有性能高、任務適應強、技術難度大、研製周期長等特點，堪稱航天運載器上最複雜的產(chan) 品之一。因此，液體(ti) 火箭動力係統重複使用是實現航天運載器重複使用所必須突破的關(guan) 鍵技術之一。

具體(ti) 來說，液體(ti) 火箭發動機想實現重複使用，需要突破多次啟動、低入口壓力啟動、大範圍推力調節、狀態評估檢測及健康管理、快速簡化處理、高溫組件結構抗疲勞壽命評估及延壽、全任務複雜力熱環境預示及控製等關(guan) 鍵技術，其研製難度遠遠超過傳(chuan) 統上一次性使用的液體(ti) 火箭發動機。

在世界主要航天強國中，美國在可重複使用火箭動力領域的科研實力最雄厚，應用經驗也最豐(feng) 富。早在20世紀80年代，美國就已經成功研製了能夠重複使用的大推力液體(ti) 火箭發動機，並作為(wei) 航天飛機的主發動機。

航天飛機的主發動機使用液氫液氧推進劑，3台總共提供600多噸的推力，而且推力可在65%~109%範圍內(nei) 調節。這樣設計是為(wei) 了讓航天飛機在點火和初始的上升階段獲得更大的推力，更容易飛起來並加速，而在最後的上升階段，主發動機會(hui) 減少推力，便於(yu) 實現對入軌速度的精確控製。

航天飛機的主發動機使用液氫液氧推進

2011年航天飛機退役之後，美國商業(ye) 航天新勢力承擔起“重複使用，天地往返”的重任。其中，SpaceX公司的獵鷹9火箭革命性地實現了入軌級運載火箭第一級回收與(yu) 重複使用。

2015年12月，獵鷹9火箭首次陸地成功回收一子級。2017年3月，獵鷹9火箭一子級首次重複使用發射。截至2022年9月，該火箭成功回收一子級130多次，單枚火箭一子級複用次數最多達14次，發射強度之高、可靠性和經濟性之顯著都令人驚歎。

成就獵鷹9火箭的技術基礎是9台並聯的梅林1D發動機。這款發動機是專(zhuan) 門為(wei) 可重複使用火箭設計的，采用了液氧煤油推進劑，單台海平麵推力87噸，比衝(chong) 275秒，具備多次點火能力。

與(yu) 傳(chuan) 統液體(ti) 火箭發動機相比，梅林1D發動機最特殊的一點是實現了在39%~100%範圍內(nei) 推力調節，9台並聯則能實現總推力在4.3%-100%範圍內(nei) 調節，為(wei) 火箭回收和重複使用奠定了堅實的動力基礎。

此外，梅林1D發動機還被應用於(yu) 獵鷹重型火箭，由27台並聯構成了第一級，成就了這款現役運載能力最強的火箭，近地軌道運載能力達63噸。自2018年以來，獵鷹重型火箭已成功發射3次，但回收工作不是很順利，可見液體(ti) 火箭動力回收和重複使用的複雜性。

群雄爭(zheng) 鋒迎挑戰

縱覽各國，液體(ti) 火箭動力係統重複使用技術吸引著眾(zhong) 多航天業(ye) 者投身其中，不惜挑戰更大的難關(guan) ，追求更高的指標。

據公開資料顯示，我國某型液氧煤油發動機於(yu) 2021年作為(wei) 某飛行器主動力裝置參加了首飛試驗，經檢測維護後，近日成功參加了重複飛行試驗任務。

此外，我國已曝光了多款液體(ti) 火箭動力係統回收方案和重複使用航天器計劃，使用不同的推進劑和構型。一些發動機測試取得進展的新聞報道也證實，我國液體(ti) 火箭發動機重複使用技術正在穩步推進。

美國SpaceX公司正在全力研發“星艦”，其近地軌道運力達到160噸級。同步推進的項目則是代號“猛禽”的液氧甲烷發動機，其最新型號的海平麵推力達300噸，比衝(chong) 334秒，能夠實現在20%~100%範圍內(nei) 推力調節。

“星艦”一子級並聯了33台猛禽發動機

“猛禽”難度最大、潛力最優(you) 的指標是燃燒室的超高壓，已超過了之前在這方麵最出色的液體(ti) 火箭發動機——俄羅斯RD-180。而超高的燃燒室壓可以讓“猛禽”有更高的推重比，目前的版本達到了107:1，後續提升空間仍然很大。

目前，“星艦”第二級已多次完成有限高度試飛，並聯33台“猛禽”的第一級很快將進行全麵點火測試，推動“星艦”盡早嚐試首次入軌發射。

美國藍色起源公司也成功研製了可重複使用火箭。新謝潑德火箭於(yu) 2015年11月首飛並回收，截至今年9月12日發射失敗前，成功飛行21次，並執行了6次載人飛行任務。新謝潑德火箭目前隻能亞(ya) 軌道飛行，使用BE-3液氫液氧發動機，而藍色起源公司正在研發BE-4液氧甲烷發動機，其推力超過“猛禽”，計劃用於(yu) 新格倫(lun) 火箭，開展入軌發射業(ye) 務。

美國可重複使用火箭嚴(yan) 重擠壓了俄羅斯和歐空局傳(chuan) 統火箭的市場份額，迫使俄、歐也重視研發可重複使用火箭及其液體(ti) 發動機。

阿穆爾火箭是俄羅斯開發的可重複使用兩(liang) 級中型火箭，預計將於(yu) 2026年從(cong) 東(dong) 方航天發射場首飛。按設計，該火箭第一級可重複使用10次，並聯5台RD-0169液氧甲烷發動機。在重複使用第一級時，阿穆爾火箭預計能將9.5噸載荷送入近地軌道，在一次性使用時，近地軌道運載能力約12噸。

歐空局在阿裏安6火箭的基礎上規劃了可重複使用火箭，第一級將采用7台或9台普羅米修斯液氧甲烷發動機。論證中的火箭構型直徑分別為(wei) 5.4米和4.6米，可捆綁液體(ti) 助推器，進一步增大運載能力。

三足鼎立新趨勢

可重複使用運載火箭的出現，深遠地改變了世界航天運輸領域的格局和發展方向。液體(ti) 火箭動力係統追求可重複使用，兼顧低成本和高可靠性，已經成為(wei) 各國研發新一代液體(ti) 火箭發動機的共識。

那麽(me) 未來的液體(ti) 火箭動力係統會(hui) 選擇什麽(me) 推進劑呢？從(cong) 發展趨勢來看，液氧甲烷似乎成為(wei) 新一代可重複使用火箭動力的主流選擇。因為(wei) 液氧甲烷推進劑具備比衝(chong) 高、成本較低、清潔環保、維護使用方便等優(you) 點，適合發動機大規模生產(chan) 和重複發射，本身也便於(yu) 在太空中長期貯存，能有效減小發動機尺寸和質量。尤其是近年來越來越熱門的地球與(yu) 火星往返任務，液氧甲烷發動機有可能從(cong) 火星原位資源利用試驗中受益，潛力巨大。

不過，液氫液氧動力的高比衝(chong) 、液氧煤油動力的高可靠性等優(you) 勢仍不容忽視，在某些任務中是不可或缺的，所以可重複使用液體(ti) 火箭的技術路線有可能呈現三足鼎立的格局。

隨著可重複使用火箭在未來逐漸成為(wei) 主流，現有液體(ti) 火箭動力係統的研發、製造、維護保障也麵臨(lin) 變革。從(cong) 效益出發，發動機有可能采用更多高強度、低重量的新型材料，創新低成本快速製造工藝，而快速多次啟動性能也成為(wei) 發動機的新需求。

總之，液體(ti) 火箭動力係統重複使用優(you) 勢明顯，前途光明，不僅(jin) 能降低航天發射成本，更好地服務於(yu) 生產(chan) 生活，更有望開拓航天探索的新領域。(作者：賁勳）

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