航天梦,中国梦

——力学所超声速燃烧团队积极推进火箭发动机项目成果转化

◇ 王晶

近年来,伴随着航天技术的不断成熟以及航天发射市场的扩大,商业航天蓬勃发展。根据美国航天基金会《2015年航天报告》统计,2014年全球航天产业规模达到3300亿美元。

市场未来展望,商业小卫星发射需求爆发。目前太空中运行的卫星中,商业卫星已占据了半壁江山,未来从卫星数量上看,商业小卫星将占据主导地位。美国如OneWeb、SpaceX、LeoSat 等多家商业航天公司,各自推出了数量巨大的卫星星座计划。同时,军事方面,功能强大、成本极高的大型军用卫星虽然能够为军方作战行动提供很好的支持,但其也将成为首先被打击的对象,因此,采用化整为零的策略将军用卫星小型化,由多颗小卫星组网共同实现大卫星的功能将是未来发展趋势,这将大大提升打击卫星的成本。未来,小型化商业及军用卫星的发射需求将会提升小型运载火箭市场空间。

以美国SpaceX为代表的商业航天公司在2016年首次实现了回收火箭的再次发射,大幅降低了运载火箭的发射成本,解决了火箭重复使用的瓶颈问题。“猎鹰”系列火箭单次发射的费用大大低于美国同类的发射公司,甚至低于相对廉价的中国长征3乙火箭。在小型运载火箭方面,新西兰火箭公司Rocket Lab最为成功,公司成功研制的“Electron”的小型卫星专用运载火箭于2017年发射成功,发射成本不到500万美元。

近几年中国政府大力推进军民融合,2014年11月国务院60号文《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》中明确提出“鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务。”政府的一系列文件公告为国内商业航天提供了明确的政策导向,催生了中国商业航天市场的发展。据预测,中国市场包括运载火箭、卫星应用、空间宽带互联网等将达8000亿元。国内较为知名的商业航天公司主要有翎客航天、零壹空间、蓝箭等均获得不同款项的投资。

目前国内航天领域制约商业航天发展的最大瓶颈问题是缺乏快速灵活、低成本的发射手段,导致了体量巨大的潜在市场受到了严重抑制。其中,火箭发动机高端技术的缺失是发射链条中最大的“痛点”,行业内流传“得发动机者,得天下”。从长远发展来看,中小型火箭采用液体火箭发动机是大趋势,比如Rocket Lab公司的“Electron”的小型卫星专用运载火箭。

力学所超燃团队在航天发动机领域历经十多年的基础研究,积累了丰富的经验和技术储备,拥有多项高水平的发明专利,建成了多个尖端的试验平台,形成了一支具备很强竞争力的专业队伍。近年来,在科学院“战略性先导科技专项”等项目的支持下,团队在小型液氧煤油火箭发动机的研究和技术攻关工作中取得了一系列的重大成果,包括:提出了发动机燃烧、传热与结构耦合设计方法;突破了发动机点火及稳焰技术;发展了基于3D打印的发动机结构设计与轻量化技术;开发了新型的C-SiC复合材料喷管技术等。近期,成功完成了一系列液氧煤油火箭发动机原理样机的长时间地面试车,验证了发动机的设计思路、关键加工工艺及测试技术,为研制轻量化的火箭发动机产品提供了技术基础。

面对宏观环境,国家鼓励科技创新,军民融合,一带一路的产业政策,以及国际上低太空领域商业航天的大趋势,团队拟依托中国科学院强大的研发能力、多年的研究经验以及软硬件保障条件,联合国内外多家先进技术研发与制造伙伴,采用新机制、新方法、新理念,逐步实现商业航天火箭发动机科研成果的市场化。

2018年3月20日,安徽省合肥市副市长王文松一行赴力学所就商业航天火箭发动机项目进行会谈。王文松表示,力学所在航天领域多年的技术积累与合肥市对重大战略性科研成果的需求,为双方的合作奠定了良好的基础。所长秦伟表示,力学所建所以来致力于航天事业的发展,希望合肥市政府能够在工程化、产业化方面发挥助推作用。同时,希望以商业航天火箭发动机合作为起点,让更多的科研成果到合肥落地生根,为国民经济发展做出贡献。目前,在双方的大力推动下,火箭发动机项目成果转化工作正在稳步推进。

对于我国最早开展超燃冲压发动机研究的团队成员们来说,内心或多或少都有一个航天梦,团队带头人范学军研究员曾说:“个人梦想与时代发展进程结合在一起,在人的一生中碰到一次,是很不容易的机会,这是实现个人价值很好的契机,敢想敢干,勇于探索,不留遗憾。” 那就带着初心和动力,为梦想努力奋进!


天基互联网系统


空间实验室

 
SpaceX 公司首次实现了火箭的回收与重复使用


3D 打印火箭发动机+ 复合材料喷管地面试车照片