60吨级大推力液氧甲烷火箭发动机全系统试车成功

超级盾

环球网报道，近日我国新一代火箭液氧甲烷发动机全系统首次点火试车获得成功，它是目前世界上最先进的同类发动机。该发动机代号可能为YF-75，推力60吨，有望用于我国未来的天地往返运输系统，即空天飞机。

资料图：为长征5号火箭开发的YF-77火箭发动机试车，新型甲烷液氧发动机基于YF-77研制

大推力液氧甲烷火箭发动机领域中国处于世界领先地位

报道称，中国航天科技集团公司六院101所依托数十年的氢氧发动机试验经验和先进试验技术，通过各类挤压试验、联动试验、点火试验等一系列针对液氧甲烷发动机的研究试验工作，掌握了液氧甲烷发动机的技术特点，突破了甲烷操作、预冷、安全排放、发动机冷甲烷处理等技术难点，采取严格技术措施控制风险，顺利完成了此次全系统试车。

据“深空网”消息，中国此次试验的是以我国新一代液氧煤油火箭发动机YF-77为基础研制的60吨级液氢甲烷火箭发动机。另据消息，我国同时也在以YF-100氢氧火箭发动机为基础研制液氢甲烷火箭发动机。这两种发动机的工作循环原理存在区别，分别适应不同的使用环境。

美国CECE发动机，同样采用甲烷动力，其采用非常先进的膨胀循环技术。但与中国新型发动机相比，其推力很小，计划用于深空探测器动力

据资料，日本曾在LE-7液氢液氧火箭发动机上进行过改用甲烷的试验，其推力应该大于中国的60吨级发动机，但未投入实用，也没有继续发展。俄罗斯目前正在研制有2400kN的甲烷火箭发动机推力在200吨以上，并且正在和法国斯奈克玛公司展开合作研制“伏尔加”（Volga）发动机，计划用于欧空局未来运载火箭准备项目（FLPP），该项目还计划在上面级上采用甲烷发动机。2009年7月，欧空局开始试验“伏尔加”发动机演示器。但这些发动机均尚处于试制阶段。

2010年5月5日,美国航空喷气公司(Aerojet)在美军白沙导弹试验场成功完成了推力为2.5 吨的液氧甲烷火箭发动机的高空试车。该发动机是航空喷气公司研制的第1代液氧甲烷发动机，用于NASA探索技术发展计划中的先进低温推进和发展项目，属于小推力液氢甲烷火箭发动机。此外美国还在研制CECE发动机，该发动机技术十分先进，但也属于小推力发动机。

相比之下中国YF-75发动机在2011年进行了分系统验收和试验，今年首次全系统试车，成为目前世界上最先进的大推力液氢甲烷火箭发动机。

何为液氢甲烷发动机，它的前景如何

液氧/甲烷是非常古老的液体火箭发动机推进剂组合，1931年，德国研制了世界上第一台液氧/甲烷（液化天然气，LNG）发动机，开创了液氧/甲烷火箭发动机的研究历史。

从物理性能看，甲烷属于低温推进剂，沸点为-161℃，其维护使用条件与液氢基本相同。在烃类燃料中，甲烷粘性最小，是煤油的1/3。液态甲烷经过再生冷却后已接近气态或已经是气态。因此，在燃烧室里喷嘴雾化的液滴细，蒸发快，燃烧速率高，具有燃烧性能好、燃烧稳定性高的优点。

近日传出消息，美国Space X公司也计划研制液氧甲烷发动机，用于未来的火星探测任务（图片来源：深空网）

但由于甲烷沸点比液氢高很多，因此压缩液化相对要容易很多，在贮箱的绝热设计上也更容易，加上比重要比液氢大，因此环节了贮箱结构死重问题。

甲烷的另一大优点是比热高，是仅次于液氢的优良冷却剂，相比煤油不容易结焦，利用设计合理的再生冷却结构，可以带走推力室和其他热端部件的热量，并且可以采用对再生冷却有很高要求的分级燃烧循环或者膨胀循环，理论上氢氧低温发动机都具有改造为液氧/甲烷发动机的可能。

膨胀循环主要用于上面级发动机，而上面级重量的减轻有助于降低下面级的性能要求，对多级火箭总体设计的全面优化有好处。即便是采用燃气发生器循环，由于结焦极限温度接近1000℃，因此可以提高燃气发生器的工作温度，甲烷燃气发生器的效率可达98%，而煤油只有62%～81%。

根据液氧/甲烷发动机的优点，其应用方向包括两个方面：其一是用于可重复使用运载器，由于甲烷冷却性能良好、结焦温度高、富燃燃烧积碳少、沸点低、重复使用时无需清洗等特点，液氧/甲烷发动机是可重复使用运载器较为理想的选择；其二是用于运载器的上面级和长期在轨飞行器，由于液氧和甲烷沸点分别为90K和112K，接近空间温度，便于空间长期贮存，同时贮箱间无需特殊的绝热结构，因此液氧/甲烷发动机是未来无毒空间飞行器较好的动力选择。

YF-75可能是我国未来空天飞机的理想动力

据外媒报道，我国在未来可重复使用航天飞行器领域已经进行了深入的研究，据报道至少存在“神龙”和“翱天”两个空天飞机验证机项目。

2004年，中新社消息称，时任中国运载火箭技术研究院副院长鲁宇在当时举行的2004年国际空间法研讨会上发言时透露，中国计划在2020年左右研制成功第一代可重复使用运载器。

网络图片，中国可重复使用航天飞行器验证机“神龙1号”自由飞模型

中国航天的远期目标是建成完善的航天运输系统，以研制重复使用运载器为重点，首先研制出两级重复使用运载器，初步建立满足市场需求的天地往返运输系统，计划在2020年左右研制成功中国第一代可重复使用运载器。同时开展单级入轨的关键技术研究，重点突破轻质材料和先进的推进系统，最终研制出快速、机动、廉价、可靠的单级入轨重复使用运载器。

外媒绘制的中国未来空天飞机设想图

同一次会议上，鲁宇透露了中国正在研制的新一代模块化运载火箭的消息，也就是近期正在紧锣密鼓研制中的长征5、6、7系列火箭。

液氧甲烷发动机因具备适合重复使用的特性成为了未来空天飞机发动机的理想选择。