新契机RD180发动机断供,对美国火

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RD-发动机是俄罗斯航天工业的一张“王牌”,在运载火箭的主力发动机中占有重要地位。得益于优异的性能表现,美国的宇宙神3和宇宙神5火箭都使用RD-作为第一级的主发动机。

RD-最早于年由美国和俄罗斯的企业联合研制而成,因此两国都有全套的自主知识产权。由于在美国建设生产线的成本比俄罗斯要高出50%,综合的性价比并不高,所以为提高利润率,美国一直坚持从俄罗斯直接采购RD-发动机。

俄制RD-发动机断供,美国宇宙神5火箭怎么办?

宇宙神5火箭也叫阿特拉斯(Atlas)V运载火箭,至今已为美国航天效力20年。

宇宙神5系列火箭共有14个型号,分为系列和系列,采用的动力结构为两级或两级半。其中,最基础的第一级是共同的核心助推器,直径3.8米,高32.5米,采用的主力发动机正是RD-(高度27米)。

在服役期间,大量的导航卫星、货运飞船、观测卫星、通讯卫星、气象卫星、中继卫星等均被宇宙神5火箭成功送入了预定轨道,毅力号、好奇号火星车也是如此。宇宙神5的上述成功离不开RD-发动机的助力,这种高度的依赖关系也在暗中埋下了风险和隐患。

截至年4月,俄罗斯共向美国交付了台RD-发动机,前者也从中获取了数十亿美元的销售收入。终于在年3月初,美国担心的局面还是发生了:受俄乌局势的影响,俄制RD-发动机正式停止向美交付。

面对断供难题,美国的宇宙神5火箭又该怎么办呢?火箭发射是否会受到影响?

这里要说明的是,那些已经确定采用俄制发动机的火箭确实会受到影响,比如采用RD-发动机的安塔瑞斯2火箭,发射任务可能就要延期或者另寻出路了。但对于美国的宇宙神5火箭,整体的影响并不大。

美国的联合发射联盟(ULA)早已做好应对方案。年9月,ULA就和蓝色起源(BlueOrigin)建立了合作伙伴关系,两者共同开发了一款名为BE-4的液氧甲烷发动机。其目的也很明确,就是要全面取代宇宙神5第一级助推器上的RD-。

按照计划,BE-4发动机本应在年之前完成首次助推试飞,但实际的研发进度并不如意,试飞时间多次延期。屡次延期的背后,实际上是对应了一系列的技术瓶颈:比如涡轮泵故障、燃烧不稳定、过热、发动机寿命短等等。

总体而言,宇宙神5火箭的发射可能会往后推迟,但不会因为RD-发动机的断供而终止,这主要取决于ULA能否克服技术难题,成功研发出合格的替代产品。

值得一提的是,商业公司SpaceX也拥有自主研发的高性能发动机——梅林液氧煤油发动机,主要用于猎鹰9号和猎鹰重型火箭的动力供应。

前面提到的安塔瑞斯2火箭,原本已经确定了发射天鹅座货运飞船的任务,如今最重要的发动机被“卡脖子”,货运飞船的发射订单就可能会承包给SpaceX的猎鹰9号火箭。如果真的如此,那么马斯克或将成为RD-断供事件的最大受益者。

美国也受它影响,RD-到底有多优秀?

业内的航天专家曾对RD-发动机给予了高度评价:它是目前世界上同级别产品中最优秀的一款,没有之一。也确实如此,在质量、推力和可靠性方面,RD-的确拥有领先于同类产品的性能参数。

RD-难以被取代,它到底有何优势?

首先,采用液氧和煤油作为推进剂,发射稳定性好,安全性有保障。

液氧煤油发动机的混合比为2.74,理论上比冲可达到m/s,密度比冲比液氧甲烷高出19.6%左右。更重要的是,煤油的化学性质比较稳定,在常温下即可保持,因此对发射场的环境温度更加友好。通过使用高性能的合成煤油,发动机的性能还可以大幅提高,安全更有保证。

这里所说的“安全”也得到了实践的验证。问世20年来,这款老牌发动机至今实力强劲,安全性经过了反复测试,可靠程度是其他发动机所难以媲美的。宇宙神5系列取得了%的发射成功率,这一成绩就和RD-的稳定性、安全性密切相关。

其次,技术先进,性价比高。

RD-是发动机史上的技术奇迹,所采用的高压分级燃烧循环效率极高,节流能力可从额定推力的47%节流至%。性能方面也毫不逊色,真空推力高达KN,比冲高达m/s,创下世界纪录,在同类产品中很难找到对手。

RD-发动机的价格也不高。据塔斯社报道,俄制RD-对美国出售的价格约为万美元每台,考虑到强大的海平面推力,这一价格已经相当实惠。

再看看美国研发的液氧煤油发动机。以AR1发动机为例,该发动机产生的海平面推力只有RD-的85%,但每台的生产成本却高达0~万美元,再算上开发成本的摊销,实际的标价只会更高。相比之下,RD-比美国研发的液氧煤油发动机性能更强,售价却更低,因此性价比更高,竞争力也更强。

所以,这款发动机实在太过优秀,以至于连美国也被卡脖子。不过,这对中国来说却是一件好事——新的合作机会可能要来了。

中国有望从中获益:契机在哪?

发动机的供应和销售本质上还是买卖关系,供应者如果失去买家,就必然要承担一定的经济损失。

年,《航天系统与技术》期刊上发表的一篇报告指出:动力机械科研生产联合体(RD-的生产商,以下简称联合体)获利颇丰,凭借“向美国出售RD-发动机”这一项业务,获得的盈利就占到了总收益的三分之一左右。

报告还指出,联合体每年至少要生产出6~7台发动机才能保证生产线正常运转。一旦发动机的销售中断,联合体就不得不寻找其他的买家,这是维持上游生产链运行的唯一办法。

根据国内专家的分析,“RD-断供事件”为中俄之间的航天合作提供了新的契机。事实上,俄罗斯卫星通讯社早在年11月29日就刊文说明了这一点:俄罗斯可能向中国交付RD-火箭发动机。

所以,俄罗斯向中国供应发动机的可能性很高,特别是停止向美国交付之后,这种可能性进一步增加。届时,中俄双方都能从中获益,但问题的关键在于:应该以怎样的形式展开合作?

客观上看,俄罗斯拥有技术和成本优势,牢牢掌握着核心科技,如果向中国供应RD-发动机,那么我国的运载火箭的需求确实能得到更大的保障。但是,只有技术合作才能解决根本问题,单向的销售和购买并不是长久之策,美国就是前车之鉴。

我们都知道,我国的运载火箭工程规模巨大,研制周期长,发动机的研制向来坚持自主创新。如果发动机对外依赖,今后同样也可能会受到卡脖子的风险,技术合作的必要性不言而喻。

中国的运载火箭发动机

近年来,我国的运载火箭发展迅猛,发动机领域接连取得了重大突破,自主创新已经成为提高航天生产力的首要途径。

年10月,我国圆满完成了吨国产固体燃料火箭的试车试验,这是世界目前推力最大的整体式固体燃料发动机。

吨级的指标非同小可,我国未来的载人登月、空间站建设都以此为基础。如果配套发动机能研制成功,我国的航天动力水平将再上一个台阶。

年12月,重型运载火箭25吨级氢氧发动机热试验获得圆满成功。氢氧发动机性能高,可靠性强,是大型和重型运载火箭的优选动力。这次试验取得成功也标志着我国在核心技术上获得了突破,后续的技术攻关也将按计划继续开展。

天舟三号运载火箭

总之,自主创新是中国的运载火箭发动机最大的动力来源,只有掌握核心科技,航天事业才能越走越远!



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