中國造出世界最粗火箭發動機：直徑過4米，能把重型坦克送入太空_風聞

作者|  科羅廖夫

來源|  科羅廖夫的軍事客廳

據媒體報道，由中國航天科工集團有限公司所屬的武漢航天三江集團（又稱航天科工集團四院）自主研製的500噸級推力商業航天固體運載火箭（第一級，減裝藥狀態）地面試車取得圓滿成功，標誌着我國大推力、高質量比固體運載火箭關鍵技術取得重大突破。據悉，該固體運載火箭是當前我國直徑最大、推力最大的固體運載火箭。直徑超過4.2米，刷新了商業固體火箭發動機直徑的世界紀錄，居於世界領先水平。

這種500噸推力級第一級固體運載火箭發動機 ，可以把快舟系列火箭的近地軌道運載能力，由快舟11號的1噸級，提高至快舟21號的20噸級，在進行多發500噸推力級固體火箭發動機並聯改裝後的快舟-31固體運載火箭近地軌道最大運載能力將達到70噸。 

火箭發動機屬噴氣發動機的一種，和戰機的發動機從原理上並沒有多少區別，只不過被用在火箭這種大型航天器或者導彈上。火箭的原理大部分都是依靠排出高温高速的尾部氣體來獲得推力的，而最重要的一環就是燃料和氧化劑在燃燒室中的劇烈燃燒，但事實上燃料也分固體和液體兩種，這也就導致有液體火箭和固體火箭兩種火箭版本。那麼這兩種火箭分別有什麼其它區別呢？發射火箭時，又該憑藉什麼來選擇發動機的種類呢？

首先説固體火箭發動機，這種發動機的助推劑（即燃料和氧化劑的混合體）是以固體的形式被直接儲存在火箭發動機裏的，不需要額外的燃料槽，也更加不需要輸送和加壓的管線，所以這就直接導致固體火箭的結構相比於液體火箭而言更加簡單，重量也更加輕盈，適合小型火箭，事實上目前在役的中小型火箭中，絕大部分都採用固體火箭發動機。

例如長征11號火箭是我國長征運載火箭家族中的第一種固體運載火箭，屬於快速響應機動固體火箭，跟普通的需要在發射塔上起飛的運載火箭完全不同。和液體可以隨意改變接觸量不同，固體火箭發動機的燃料和氧化劑的量其實在製造的時候就已經被限制死，所以火箭很難改變燃燒狀態以及中斷燃燒進程。這些特點就使得固體火箭已經啓動就壓根不需要考慮停止，所以成本和發射難度都非常低，一些小型軍事武器用户和低軌道微型衞星的發射承包商都十分青睞搞固體火箭。

固體火箭是一個固體的藥柱，不像液體燃料會揮發，也沒有腐蝕性，因此保存時間可長達數年之久。不需要經常維護，更換燃料的頻率也遠長於液體火箭，且對外界極端條件的忍受能力也更強。一個直接的例子就是固體火箭在長途運輸中不需要額外的防護，裝上火車或者汽車就可以跑了，而液體火箭更為嬌貴，需要小心磕着碰着，一點輕微的外界震盪甚至會讓液體火箭直接報廢。

但固體火箭發動機的缺點也十分明顯，那就是工作時間太短，很難將比較重的貨物送入太空軌道，乃至超過第一宇宙速度。一般固體火箭發動機的對沖時間不會超過300秒，這就註定了固體火箭不會飛得太遠。

而液體火箭發動機，則是採用液態燃料和氧化劑混合燃燒作為能量來源的火箭發動機，一般結構複雜，基本組成包括推力室、推進劑供應系統和發動機操控系統，和固體火箭發動機相比要精密得多。平時用於燃燒的液體助推劑儲存在推進劑貯藏室裏，但發動機開始工作的時候，推進劑供應系統開始下達指令，要求按照特定的壓力和流量輸送推進劑到燃燒室中，經過一系列的霧化、混合和點燃燃燒後，產生大量的高温高壓氣體，經過噴管加速至超音速後排出，產生的推力比固體火箭發動機更強。

常見的液體推進劑搭配無非就那麼幾種，比如説液氫和液氧、烷烴和液氧、偏二甲肼和四氧化二氮等組合都是液體火箭發動機的常用選擇。

如今大型運載火箭的第、二級發動機大部分都採用液體火箭發動機，另外幾乎所有的控制用小推力火箭發動機也都採用這類發動機。原因是它的優勢十分明顯，更長的比沖和可控性使得火箭能夠使用的更久、飛得更遠，外加推力強大、工作環境適應性高，絕對是大型火箭的不二之選。

火箭的存儲週期也是一個重要的指標。對於液體運載火箭而言，由於使用液態推進劑，存在着易揮發、腐蝕等風險，需要在臨發射之前加註。加註完成後，必須在一定的時間內發射出去。例如我國運載火箭使用的常温推進劑為四氧化二氮和偏二甲肼，它們加註後存儲週期大概在7天左右；還有低温推進劑為液氫、液氧，它們加註後的存儲週期是1天左右。

液體火箭發動機維護成本高，零部件較多，結構複雜，並不是所有國家都能掌握這類火箭的核心技術。中國航天核心運載火箭——長征系列從1974年的長征二號到2016年的長征七號，使用的都是液體火箭發動機，採用的基本也是四氧化二氮+偏二甲肼的經典助推劑配方，不過從長征六號到還在論證的長征九號火箭，推進劑已經換成了液氧+煤油。

科羅廖夫的軍事客廳