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中国造出世界第一种特种火箭引擎,航天科技六

时间:2020-02-10 05:23来源:lo622.com
“无毒化”是航天动力技术的重要发展方向。日前,中国航天科技集团公司六院101所与801所联合开展的HAN无毒单组元推进剂性能考核试验取得圆满成功,标志着该所新型HAN基单组元推进

“无毒化”是航天动力技术的重要发展方向。日前,中国航天科技集团公司六院101所与801所联合开展的HAN无毒单组元推进剂性能考核试验取得圆满成功,标志着该所新型HAN基单组元推进剂研制取得了实质性进展,为我国新一代运载火箭、航天器等实现无毒化提供技术支撑。 来源:航天科技网站

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据国内权威媒体报道,由中国航天科技集团有限公司下属的上海某研究所研制的世界上首个新型HAN基无毒液体火箭发动机,已成功应用于我国于2018年1月发射升空的微纳-1A卫星上。经过一年多的试验表明,目前新型HAN基液体火箭发动机在轨运行正常,其性能达到预期水平。

它的首飞成功标志着我国在HAN基液体火箭发动机研制上后来居上,成为世界上第一个掌握并在轨验证HAN推进技术的国家。这也标志着在新一代无毒、无污染、对环境友好的军民用绿色液体常温推进剂方面,我国已取得了重大进展和实质性突破。本文根据国内外公开资料对此做一背景解读:

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液体推进剂是液体火箭发动机的能源和工质,其性能的优劣直接影响发动机及火箭的性能。自1900年正式开始液体火箭研究至今,液体推进剂的种类得到了极大的丰富。既有肼、过氧化氢等单组元常温推进剂、可贮存的硝基氧化剂与肼类燃料双组元常温推进剂,又有高能低温的液氧/液氢双组元推进剂。由于偏二甲肼这类肼类燃料可在常温下长期贮存,已被我国广泛用于发射热核弹头的“东风”系列液体弹道导弹中的主推进剂,以及大多数“长征”系列液体运载火箭的一二级火箭发动机主推进剂中。

但是,偏二甲肼这种液体推进剂具有剧毒、强致癌、强腐蚀、污染环境,以及遇明火、高热极容易燃烧爆炸等缺点,且使用时必须依赖昂贵的地面支持和保障系统来确保安全。

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随着对环保要求的不断提高,寻找廉价无毒、无污染以及高能推进剂,并进一步降低发射成本,已成为各航天强国竞相发展的目标。我国在21世纪航天发展战略目标同样是开发新一代无毒、无污染、高性能和低成本的运载火箭,建成新一代运载火箭型谱化系列。除了继续发展无毒的低温液氧/煤油,液氧/液氢双组元这两类液体火箭发动机外,具有重大军民两用价值的常温HAN基单组元液体火箭发动机也得到高度关注。

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HAN基单组元推进剂又被称为硝酸轻胺基推进剂,是一种白色针状晶体,可以与水以任意比例混溶。硝酸轻胺晶体不稳定,但其水溶液相当稳定,其冰点可达零下100℃以下。

该推进剂最早由美国海军印第安汉德海军机械站,为了研究溶于水而航迹少的鱼雷推进剂燃料而发明。20世纪70年代后,HAN基单组元液体推进剂重新得到美国军方的重视,拟将其用于革命性新概念火炮——液体火炮发射药中。研究表明,由于其冰点低、密度高、安全、毒性小,排气不污染环境,被视为21世纪美国陆军炮兵部队装备的155毫米自行液体发射药火炮“十字军骑士”最佳发射药。虽然“十字军骑士”因技术难度过高而最终下马,但美军仍然没有停止对HAN基单组元液体推进剂的继续研究。

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种种试验证明,HAN基系列单元推进剂是胼类单元推进剂最重要的替代品之一,在弹道导弹、战略导弹、空间飞行器以及液体发射药火炮中应用广泛,是一种具有非常广阔的应用前景的新型高性能单元液体推进剂。与偏二甲肼单组元推进剂相比,其燃料质量平均减少了17.5%,燃料体积减少了41.8%,推进剂储舱体积减少了38%,储舱质量减少了35%。

HAN基单组元推进系统在经济和军事上表现出的巨大潜能,已引起美国国家宇航局的强烈关注。在安全性上和偏二甲肼单元推进剂相比,HAN基推进剂产生和排出的气体都是无害的,不需要穿戴特别的衣服,只需用不溶于水的材料和橡胶手套作为防护。此外,在常压下该推进剂不易燃烧且性能稳定,因而可减少大量的地面支持和维护费用。

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HAN基单组元推进剂系统将不仅最大程度上减少了毒性和易燃性的危害,同时也减少了地面支持的成本,为单元推进技术带来阶段性的变革。可以预计HAN基单组元推进剂必将是未来世界各国航天推进领域研究的热点。

我国航天科技上海某研究所所发动机室早在12年前就开始了对HAN基无毒推进发动机的预研工作。由于HAN基无毒发动机技术在整个国内外航天历史上都是全新项目 ,特别是在2007年左右美国人公开报道在相关研制中出现了一系列问题,因此国内对其质疑声很大。并且国外对HAN基无毒发动机的研制细节高度保密,2015年前在网络上根本无法查阅到相关技术资料报道。

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有鉴于此,该技术团队联合国内顶级院校、研究所、企业,以产学研相结合的方法,从基础研究开始,通过机理分析、数值仿真、试验验证,攻克了推进剂配方、催化剂制备、耐高温材料、发动机设计等多项关键技术,提出了一种全新的技术思路,经过10多年大大小小的几百次实验后,终于在这个项目上取得了突破性进展。

据公开资料报道,目前已初步研制出推力品种包括1N、5N、25N、60N、150N、250N 和400N等多种卫星和飞船动力系统,从而最终实现能将装满了燃料的卫星从工厂中直接运出——现在的卫星发射出于安全考虑,大都是最后一刻才在火箭发射场填注燃料再进行发射,这大大降低了发射效率,增加了人为故障发生的可能性。在技术进一步成熟后,我国研制的常温耐贮存大推力HAN基液体火箭发动机有可能使液体弹道导弹重新焕发活力,使之成为我国新型固体战略弹道导弹的有效补充和有力竞争者,从而为世界和平做出新的贡献。

来源:高科技前沿观察

我国单组元无毒推进剂技术实现首次空间应用

近日,中科院大连化物所航天催化与新材料研究团队研制的ADN基单组元无毒推进剂应用于实践十七号卫星,已经圆满完成在轨飞行任务,标志着我国单组元无毒推进剂技术的首次空间应用。

据了解,目前国内外常用的卫星推进剂大多有毒,这对卫星地面操作、空间加注等提出苛刻的要求,必须采用复杂的防护措施。因此,世界航天强国都在大力发展更为环保、无毒化的绿色推进剂技术。由于技术难度大,国际上仅极少数国家实现了空间在轨验证。

大连化物所航天催化与新材料研究团队历经10年艰苦努力,突破了ADN基单组元无毒推进剂配方设计、长期贮存等关键技术,解决了卫星动力绿色化和快速响应的关键难题;突破了ADN分解催化剂的高启动活性和耐高温烧结等关键技术,解决了该型无毒推进剂化学能快速稳定转化为卫星动力的关键难题。这次飞行任务的圆满完成,标志着我国空间飞行器姿轨控动力从传统的有毒肼推进技术向环保绿色推进技术的跨越,打破了国外的技术封锁。

编辑:lo622.com 本文来源:中国造出世界第一种特种火箭引擎,航天科技六

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