中國造出世界直徑最大的火箭發動機：正計劃製造人類最大固體火箭

2019年04月25日，國內外媒體紛紛報道，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，減裝葯狀態）地面試車於近日取得圓滿成功，標誌著我國大推力、高質量比固體運載火箭關鍵技術取得重大突破。據航天科工集團有關部門介紹，該固體運載火箭（一級）是當前我國直徑最大、推力最大的固體運載火箭。據公開資料披露，這款由中國航天科工集團四院研製的固體火箭發動機，其直徑超過4.2米（另一說法是4.5米），大幅刷新了商業航天固體火箭發動機直徑的世界紀錄，居於世界領先水平。而此前的直徑紀錄由美國退出現役的太空梭（一對）固體火箭助推器：SRB保持，其最大直徑為3.7米 ，為太空梭和主液氫燃料箱提供2X1200噸的起飛推力。

由於我國的固體運載火箭發動機早期主要用于軍事用途，大型固體火箭發動機的公開資料很少，獨立軍事觀察家只能根據其有限資料對其發展歷程做一簡介。大型固體火箭發動機雖然研製時間要晚於液體火箭發動機，但其具有的推力大、結構簡單、可靠性高、研製周期短、可實現性強等優點，使之不僅在各種戰略戰術導彈上佔據主導地位，也已廣泛應用於發射各種航天載荷的運載火箭上，來滿足各種航天應用需求。以美國為首的西方國家早在上世紀60 年代就開始應用大型固體火箭發動機作為大型、重型運載火箭的助推器，並廣泛應用在「大力神」系列運載火箭、「宇宙神」系列運載火箭、太空梭可重複使用航天器、以及為重返月球而最新研製的「戰神」系列運載火箭上。

實際上，在20世紀6、70年代美蘇登月競賽的高峰期，美國曾不計成本的研發出一種直徑達6.6米的AJ-260固體火箭發動機，其單台最大推力已經超過了3000噸，並已成功的進行了3次地面點火試驗。由於其推進劑和發動機殼體是一體化澆鑄，總重超過了1600噸，運輸及維護其不便。隨著5台並聯，每台推力達680噸，用於「阿波羅」登月計劃的土星五號火箭的F1液氧煤油發動機研製成功，AJ-260很快就被「打入冷宮」而棄之不用，但也從另一方面說明當時美國雄厚的科技實力和技術儲備。

由於我國的大型固體火箭發動機技術在早期比較落後，所以長征系列大推力運載火箭的第一級及助推器很少採用西方國家常用的固體火箭發動機技術，而是採用外國已經放棄的劇毒偏二甲肼液體燃料火箭發動機。直到20世紀末、21世紀初我國的的東風21型、東風31型、巨浪1型、巨浪2型固體機動/潛射中遠程洲際彈道導彈獲得突破以後，我國相關部門才開始重視固體運載火箭的發展起來。在另一方面，隨著我國化工工業的飛速發展，高性能固體推進劑和高性能複合材料發動機殼體生產和使用成本不再是制約我國大型固體火箭發動機發展的主要因素。

例如我國的高氯酸銨（一種固體推進劑燃料，廣泛用於西方國家的大型固體火箭發動機中）產量2018年已達1.2萬噸，2019年還要大幅增長到2.2萬噸，居世界首位，並大量向歐美日等國出口，而美國的高氯酸銨產量已從最高峰的3.6萬噸萎縮到2017年的2300噸左右，美國國防部五角大樓甚至聲稱中國（高氯酸銨）的競爭性價格嚴重損害美國的國家和國防安全。這些信息充分表明我國的高性能固體推進劑產量足以滿足我國大型，超大型固體運載火箭發動機的燃料需求。隨著推進劑成本的大幅下降，我國的大推力固體運載火箭的發展進入井噴期，例如航天科工集團四院（ 武漢航天三江集團）固體火箭發動機的競爭對手： 我國的航天科技集團四院（西安航天動力技術研究院，很巧合的也是叫四院）2016 年就完成了直徑3米、2 段式、推力150噸的固體火箭發動機地面試驗，隨後又完成了推力200噸先進固體火箭發動機地面熱試車，表明我國已初步具備直徑3米級大型分段式固體火箭發動機的研製基礎和能力 。

而最新新聞報道的航天科工集團四院研製的500噸推力級第一級固體運載火箭發動機直徑超過4米 ，將把快舟系列火箭的近地軌道運載能力由一噸級（快舟11號，預計2019年底發射）提高至二十噸級（快舟21號，預計2025年前發射），在進行多發500噸推力級固體火箭發動機並聯改裝後，在其基礎上研製的快舟-31固體運載火箭近地軌道最大運載能力將達到70噸，和美國私人太空探索公司SpaceX發射的「重型獵鷹」火箭不相上下,其每公斤載荷發射成本聲稱比其更低，成為世界最大的固體運載火箭。

另外，隨著我國碳纖維複合材料技術的突破，大直徑複合材料發動機殼體技術已不再高不可攀，我國航天科工集團四院第九總體設計部從2013年開始直徑2.2米碳纖維纏繞殼體固體火箭發動機的研製工作，2016年完成我國尺寸最大的碳纖維纏繞殼體固體火箭發動機地面試驗，推力達180噸，表明我國已具備大型整體式複合材料殼體發動機的研製基礎和能力。為了大幅降低成本，航天科工集團四院第九總體設計部還和民營碳纖維生產企業合作，研製生產出了直徑2.2米、4.5米用於快舟11、快舟21、快舟31固體運載火箭上的的大直徑碳纖維纏繞複合材料一體化成型發動機殼體，有效減輕了發動機的消極質量，提高了發動機的推力/質量比。在這些大推力固體運載火箭的基礎上，正積極開展起飛總推力達3000噸的世界最大固體運載火箭：快舟41的預研論證工作，用於長征9號超重型液體運載火箭的備份和補充。

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