我国最大分段式固体火箭发动机试车成功

据微信公众号“航天四院”消息，12月30日上午11时30分，中国航天固体动力的“十三五”收官之战在西安白鹿原试验基地打响。由中国航天科技集团四院自主研制的 我国直径最大、装药量最大、工作时间最长 的固体分段式助推器——民用航天3.2米3分段大型固体火箭发动机地面热试车取得圆满成功。

作为四院“十三五”的标志性成果，本次试验的成功，进一步验证了我国大型分段式固体火箭发动机设计方案及其关键技术，极大提升了我国大型固体火箭发动机的技术水平，将有力推动我国航天新一代运载火箭能力的提升与拓展。

攻克4大关键技术 解决10项技术难题

直径3.2米分段式固体助推发动机是四院进军民用商业航天领域的代表性产品，也是四院固体火箭发动机家族中名副其实的“大力士”。

自2018年项目启动以来， 在两年多时间里，研制团队详细比对各种技术方案，攻克了 多项重大关键技术：

大直径分段壳体成型精度控制与可靠连接密封技术

大型燃烧室热防护结构设计与成型技术

分段式发动机燃烧稳定性设计技术

大型喷管RTM扩张段设计与成型技术等

攻克难点：

 解决了技术难点10余项

形成了新设计方法5套、新工艺3套

编制设计规范6篇

创新成果：

首次验证了多分段发动机点火瞬态流场匹配性仿真技术

应用了NBR和CFBR组成的复合绝热结构成型方法

突破了低成本大尺寸喷管结构设计与成型技术

为大型多分段发动机总装与总测技术研究提供了支撑

同时，四院集中力量攻关，克服了直径和规模增大带来的发动机机加、探伤、对接、装配、运输、检测、试验等多项研制和生产难题，终于取得了发动机试车的成功，再一次刷新了我国大型分段式固体发动机的多项纪录。

推进剂研发

通过网络结构调整和集智攻关，显著提高推进剂力学性能裕度，采用固体颗粒的“最优堆积模型”获得了原料匹配性，显著提高推进剂填料自身的流动性。

喷管组件

通过采用中空编织、RTM成型等多项新工艺新技术，满足了大尺寸成型稳定性和指标要求。攻克了大尺寸产品结构设计、结构稳定性控制以及低成本快速致密化等技术瓶颈。

壳体加工

攻克了焊接和热处理变形技术、机加精度控制和对接装配等关键加工技术，提高了大型发动机加工能力。

总装对接

突破了分段对接部位异形绝热结构精准成型技术、分段推进剂性能稳定性控制技术和大吨位分段高精度对接技术。其中三分段推进剂关键性能偏差控制在了2%以内，直径超三米重达近百吨的发动机在对接过程中实现了毫米级的精准对接。

地面试验

采用配重块试吊预演、设计辅助支撑工装、调整传感器标定流程、提前开发新型振动采集设备等措施，有效解决了发动机装配、传感器校准与安装、200多路参数测试及超大型发动机气密检测几大难题。

为什么要研制分段对接发动机

在运载火箭领域，固体发动机主要作为全固体运载火箭的主发动机、捆绑式运载火箭的助推发动机使用。

全固体运载火箭是实现快速进入空间的主要技术手段，世界主要航天国家均发展有成熟的全固体运载火箭。

由于固体发动机具有结构简单、可靠性高和机动性好，易实现大推力，可长时间储存等优势，采用固体助推器与液体芯级发动机组合，可以充分发挥固体大推力、液体长时间高比冲的技术优点，从而实现运载火箭动力系统技术性与经济性的完美结合。

因此，固体助推器加液体芯级成为国外典型运载火箭动力系统的主要组成方式，目前国外捆绑运载火箭中固体助推器占主体地位。

四院生产的固体火箭发动机按照燃烧室结构形式，分为整体式固体发动机和分段式固体发动机。

“固体发动机要真正运用到宇航运载领域，必须要达到更大推力才行。”发动机总师王健儒指出，分段式固体发动机具有推力大、工作时间长，结构尺寸大等特点，是运载火箭实现大起飞推力的有效途径。同时，采用分段技术，可大幅降低发动机技术难度、研制条件难度以及研制成本。

作为实现固体发动机大型化的关键技术，分段对接技术在目前国际上被普遍使用。其主要是将燃烧室分成若干段，每段燃烧室独立绝热、浇注，最终通过模块化组合装配，实现有限直径内大装药、大推力的技术需求。

四院固体运载发动机研制之路

目前，四院提供的固体火箭发动机，已先后在我国第一颗人造地球卫星、第一颗返回式卫星、第一颗试验通信卫星以及系列气象卫星发射，及载人航天飞船逃逸救生系统中屡建功勋。 从“十一五”开始，四院就本着“动力先行”的原则，积极拓展固体动力在宇航运载领域的应用，先后取得了多项重大成果和技术进步：

2009年3月

直径2米/120吨大推力整体式固体火箭发动机关键技术考核地面热试车在国内率先取得圆满成功，标志着我国掌握了大型整体式固体发动机设计制造关键技。

2015年9月

四院提供四级主发动机的我国首枚全固体运载火箭CZ-11号首飞成功，固体动力应用领域实现了历史性拓展，至今该型火箭已经成功创造了9次陆上发射和2次海上发射的全胜佳绩。

2019年3月5日

直径2.65米，采用高性能碳纤维缠绕复合材料壳体的200吨推力固体火箭发动机地面热试车获得圆满成功，综合性能达到世界一流水平。

同时，四院按照“直径由小到大、分段数由少到多、先单项后集成”的总体思路，集中力量开展分段发动机关键技术攻关，研制团队先后攻克了发动机分段连接与密封技术、分段式发动机流动稳定性技术、大型发动机药柱完整性技术、大流量喷管热结构技术等，全面验证了分段式固体发动机的分段对接技术，掌握了分段式固体发动机的设计理论和方法，取得了一系列成果。

2010年4月和2011年7月

四院自主研制的直径1米2分段和直径2米3分段对接固体助推演示验证发动机地面热试车相继取得成功，在国内首次成功验证了固体火箭发动机分段对接技术；

2016年4月

国内首台直径2米2分段全尺寸工程样机地面热试车再获圆满成功，并应用于我国新一代中型运载火箭的固体助推器；

2016年8月2日

3米2分段大型固体发动机地面热试车圆满成功。一系列的试验成功，极大增强了四院研发人员的信心，也让宇航用固体火箭的“心脏”更加强大。

“十三五”以来，四院不断拓展固体动力技术在宇航运载领域的应用，成功解决了多项重大关键技术和诸多研制技术难题，圆满完成了整体式大推力发动机、两段式和多段式技术验证发动机的研试工作,保障了以长征11为代表的全固体运载火箭的11次成功飞行，推动了新一代中型运载火箭长征6A固体助推器的立项研制。

未来：瞄准世界一流，研制500吨发动机

后续，四院将在设计源头上采用低成本设计方法、设计思路，简化工艺、提高效率，让固体发动机不仅做到安全可靠而且“质优价廉”、好用耐用。

未来，3.2米发动机可以应用于大型、重型运载火箭固体助推器中，将单段规模进行拓展，发动机推力将大幅提升，可满足我国 空间装备、载人登月、深空探索 的不同发展需求，为建立国内的固体、液体运载火箭相结合的完善的航天运输系统提供更加强大有力的动力支撑。

据悉，四院立足我国运载火箭型谱化发展需求，进一步加大攻关力度、加快研制步伐，正在开展综合性能达到世界先进水平的500t大推力的整体式固体发动机研究，全力推进固体动力技术在我国未来新型运载火箭中的应用，助力中国人把视野拓展到更为遥远的星宇深空。