近日,民营航天企业九州云箭宣布完成了自主研制的“凌云”10 吨级变推力液氧甲烷发动机多次整机深度变推力热试车试验,并获得成功。
在商业航天市场上,液体火箭能够通过回收及复用,降低单次发射成本,因此具有广阔的应用前景。而液体火箭能够进行回收及复用的技术基础,就来自于发动机的可重复使用、多次启动以及深度变推力三大关键技术。
“凌云”发动机在研制过程中围绕这几方面技术进行了一系列探索,九州云箭认为,此次热试车体现出了在泵压式低温液体火箭发动机方面的多个突破:
(1)填补国内泵压式液体火箭发动机深度推力调节技术空白,最低节流工况达到 20%,满足火箭在回收时的变推力需求;
(2)首次实现主、副双路火矩式电点火启动,摆脱了传统的火药柱启动方式,提高了发动机的启动次数,满足火箭回收时的多次启动需求,并实现了发动机整机无火工品,也提高了发动机贮存、运输的便捷性;
(3)突破并掌握了液体火箭发动机全氮气使用维护技术,相比传统低温火箭发动机采用氦气的方式,这项技术能够降低发动机的使用维护成本;
对于这款发动机的后续计划,九州云箭创始人兼 CEO 季凤来向 DeepTech表 示,这款发动机目前从方案来讲经过多次点火验证,不存在大的问题,后续即将进入工程化研制阶段,大量长程、拉偏工况的试验也将在下半年陆续展开,暴露、解决可靠性方面的问题,力争在明年能够交付总体用于飞行试验。
图丨“凌云”发动机进行深度变推力试验(来源:九州云箭)
九州云箭成立于 2017 年,专注于研发液氧甲烷火箭发动机。现阶段公司的主力产品有“凌云”10 吨级液氧甲烷发动机,以及 80 吨级液氧甲烷发动机“龙云”。
关于此次完成热试车试验的“凌云”发动机,九州云箭向 DeepTech 介绍,“凌云”火箭发动机主要服务对象包括小型液体火箭的地面级,以及中型液体火箭的上面级等。
在一级火箭方面,通过 5、7、9 机并联,可满足起飞推力 50、70、90 吨三种构型小型液体运载火箭的一级动力配置需求。目前小型运载火箭多以固体火箭为主,九州云箭认为,由于实现回收复用,与固体小运载相比具有成本优势。
而在火箭上面级方面,九州云箭表示,将4台“凌云”发动机并联,可用于中型运载火箭的二级,通过单机或双机并联,可用于中大型运载火箭的三级。
图丨“龙云”80 吨级液氧甲烷发动机(来源:九州云箭)
九州云箭的另一款产品“龙云”发动机则在 2019 年 2 月立项,目前该发动机的燃气发生器已经完成热试车考核。
大推力液氧甲烷发动机需要更长的研制周期,目前包括蓝箭航天、宇航推进等民营航天企业都有相关型号发动机正在研制当中。
九州云箭认为,10 吨级液体火箭发动机研发成本和研制周期相对于百吨级发动机具有明显优势,有利于降低商业航天动力和火箭初创企业的风险。此外,“凌云”发动机试验过程中对可重复使用、多次启动以及深度变推力技术验证充分,将直接转化至大推力“龙云”发动机,缩短研制周期。
从 2015 年至今,民营航天行业已经快走完了第一个 5 年,如今,国内商业航天产业加速聚集的同时,产业也呈现分工不断细化的趋势。
在这个问题上,有商业航天投资者曾向 DeepTech 表示,在商业航天领域,翎客、蓝箭、零壹空间等在 2015、2016 年就已成立,而到 2017 年之后,九州云箭、宇航推进、灵动飞天这样的做动力系统的公司出现,商业发射的产业链条出现了分化。并且他认为接下来产业链还会变得越来越细。
一家成立于 2017 的民营火箭公司创始人曾在采访中告诉 DeetTech,该公司并不排斥向供应商采购火箭发动机,但问题就在于公司成立时,市场上并没有成熟的发动机供应商。对火箭公司来说,在发动机这个核心部件上等待别的创业公司并不是一个明智的选择,因此选择了自研发动机。在他看来,对于火箭公司来说,市面上若能有两个以上的供应商提供成熟的发动机产品,且供应商之间存在一定的价格竞争关系,会是一个比较理想的情况。
季风来也表达了同样的观点。他认为当一个技术复杂度高的行业发展到成熟阶段,一定是形成产业链,一定存在分工和协作。而在发动机配套环节,他认为未来市场上能够容纳 2 - 3 家发动机供应商存在。
民营火箭发动机供应商对应的客户主要有两类:一类是国家队火箭客户,另一类是民营火箭客户。首先在国家队方面,随着国家政策的放开,火箭国家队的配套思路也在转变,随着产品更加可靠、价格更有优势,民营企业也可能获得更多机会。
而对于民营火箭企业,季凤来直言,以九州云箭的经验来看,不是所有自研发动机的火箭公司都有这个技术实力能够把发动机做得可靠好用,这些火箭公司就是九州云箭的潜在客户。
季凤来进一步解释道,中国的火箭发动机公司形成稳定供货能力的前提取决于两方面:一是与靠谱的火箭总体客户形成强耦合的协作配套关系,二是动力公司自身研发实力和供应保障能力的建设。再综合考虑火箭总体与发动机都有自己的研制周期,因此九州云箭预计 2 - 3 年内能够形成这种稳定的供应能力。
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