發射衛星的火箭燃料

 　　發射衛星的火箭燃料要體積小，重量輕，但發出的熱量要大，這樣才能減輕火箭的重量，使衛星快速地送上軌道。液體燃料放出的能量大，產生的推力也大;而且這種燃料比較容易控制，燃燒時間較長，因此，發射衛星的火箭大都采用液體燃料。

　　液體火箭發動機是指液體推進劑的化學火箭發動機。氧化劑和燃燒劑必須儲存在不同的儲箱中。液體火箭發動機一般由推力室、推進劑供應系統、發動機控制系統組成。推力室是將液體推進劑的化學能轉變成推進力的重要組件。它由推進劑噴嘴、燃燒室、噴管組件等組成。推進劑通過噴注器注入燃燒室，經霧化，蒸發，混合和燃燒等過成生成燃燒產物，以高速(25O0一5000米/秒)從噴管中沖出而產生推力。燃燒室內壓力可達2O0大氣壓(約20OMPa)、溫度300O～400O℃，故需要冷卻。推進劑供應系統的功用是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進劑。按輸送方式不同，有擠壓式(氣壓式)和泵壓式兩類供應系統。擠壓式供應系統是利用高壓氣體經減壓器減壓后(氧化劑、燃燒劑的流量是靠減壓器調定的壓力控制)進入氧化劑、燃燒劑貯箱，將其分別擠壓到燃燒室中。擠壓式供應系統只用于小推力發動機。大推力發動機則用泵壓式供應系統，這種系統是用液壓泵輸送推進劑。發動機控制系統的功用是對發動機的工作程序和工作參數進行調節和控制。工作程序包括發動機起動、工作。關機三個階段，這一過程是按預定程序自動進行的。工作參數主要指推力大小、推進劑的混合比。液體火箭發動機的優點是比沖高(25O～5OO秒)，推力范圍大(單臺推力在1克力～700噸力)、能反復起動、能控制推力大小、工作時間較長等。

　　液體火箭的推進劑，其中比較常用的有：四氧化二氮-肼類(偏二甲肼，一甲基肼，肼)，液氧-煤油，液氫-液氧等。 ;四氧化二氮-肼類推進劑被廣泛使用，特點是可存儲，并且四氧化二氮和肼接觸后可以自燃，可靠性高。四氧化二氮-肼類最早用于戰略導彈，后來也用于航天的運載火箭。 蘇聯的SS-7，現役的SS-18，SS-19，美國的大力神，中國的長征1，2，3型火箭，俄羅斯的質子火箭，阿利亞娜1，2，3，4型火箭都在下面級使用了四氧化二氮-肼類推進劑。 ;四氧化二氮-肼類的比沖還可以，約230秒左右，各國新一代的運載火箭都不再使用。 四氧化二氮是強氧化劑，偏二甲肼是強還原劑，它們的分子一經接觸就會發生劇烈的化學反應，放熱而著火燃燒。燃料雖具有良好的比沖性能(Isp約300s)和自燃特性，但它們的毒性較高。

　　談先進的液氧(煤油)火箭發動機張貴田 ，航天技術是現代科學技術中發展最快的尖端技術之一，是一個國家科學技術水平和國民經濟實力的綜合反映，是一個國家科學技術水平的重要標志，亦是綜合國力的象征。航天技術高度綜合集中了許多基礎科學和新技術，如數學、近代力學、自動控制、電子計算機、真空與低溫技術等，它的發展促進了一大批基礎科學和現代技術的發展，如新材料、空間物理、航天醫學、生命科學等。航天技術的發展、宇宙環境的應用導致了一系列出乎意料的技術革新。當今，一些發達國家正在以大空間概念設計國民經濟未來發展的藍圖，把航天技術產業作為未來發展的一個戰略重點，認為它是發展各類高新技術產業的領頭技術，它能帶動一大批高新技術產業其它基礎產業的發展，推動和促進新工藝、新材料、新能源等技術的進步，航天技術對國民經濟的發展將起到“加速器”和“倍增器”的作用。

　　航天科技工業的發展對推動解決我國面臨的人口與資源、環境與災害、通信與交通、教育與文化等重大社會問題起到了其它任何技術和產品不可替代的作用。同時，航天技術對國家的國防建設具有極其重要的意義，這一點已得到共識。目前戰略戰術導彈、衛星導航定位、軍事測繪偵察、作戰指揮和通信等方面廣泛應用于國防建設，并取得了顯著效果。宇宙空間是現代軍事竟爭的制高點，航天技術與防御技術已很難分開，這在戰略威懾和現代化戰爭中表現得尤為顯著。

　　航天技術能夠產生巨大社會效益和經濟效益的主要途徑是通過應用衛星來實現的，而運載火箭扮演著極其重要的角色。在近40年的發展中，我國航天科技工業依靠自己的力量，研制成功了長征系列運載火箭，達到了全型譜的運載能力，并已成功將我國自行研制的通信、返回式遙感、氣象等應用衛星送到靜止、近地和太陽同步等不同的軌道，而且先后成功地為西德、澳大利亞、瑞典、法國、美國等國家發射衛星或其它有效載荷。我國的長征火箭成為世界發射市場的主要運載工具之一，昂首闊步地進行國際商業發射市場，使中國航天在國際航天界占有一席之地，并享有較高聲譽，顯示了社會主義中國的綜合實力。

　　雖然我國航天技術取得了巨大的成就，引起了世人的矚目，但是應該清醒地認識到我們的不足。目前，我國現有的長征系列運載火箭是在戰略武器的基礎上演變延用而來的，其推進劑(偏二甲肼/四氧化二氮)毒性大、污染嚴重、價格高、性能低，其不足是很明顯的。美國、法國、前蘇聯等航天大國對于推進劑的毒性和污染問題高度重視。美國從1970年就禁止在本土上生產偏二甲肼，法國阿里安火箭所用的偏二甲肼一直從蘇聯購買，而且不在本土上發射(在法屬圭亞那庫魯航天發射中心發射);原蘇聯解體之前曾下令禁止使用偏二甲肼。隨著全世界對環境保護的日益重視，很可能在不久的將來全世界禁止生產使用偏二甲肼作為火箭推進劑。因為偏二甲肼毒性較大，損害人體的肝臟。尤其是四氧化二氮/偏二甲肼的燃燒產物，對人體損害更大，并較為嚴重地污染環境。從事使用該種推進劑發動機試驗的工作人員中60%有不同程度的肝病，普遍轉氨酶高。由于組織火箭發射時, 由于N2O4泄漏已引起幾次傷亡事故，后果比較嚴重。

　　長征運載火箭是當今世界可靠性、技術穩定性最好的運載火箭之一，但是近幾年來，長征火箭發射時有失利，并造成了不同程度的人員傷亡，其推進劑毒性大和污染嚴重問題已引起了我國各級領導的高度重視，也增加了參試人員的恐懼感。雖然發射失利未引起十分嚴重的后果，但參試人員“死里逃生”、“后怕”的感覺仍然十分強烈。這給組織發射帶來了一定的困難。同時，由于推進劑價格偏高增加發射成本，進而使得長征火箭在國際發射市場中價格競爭力不甚明顯，也是一個比較突出的問題。如何提高運載火箭可靠性，降低發射成本，增強競爭力，是加速我國運載火箭產業化進程的關鍵所在。

　　要想有先進的運載火箭，首先必須要有先進的動力系統——火箭發動機。火箭發動機是運載火箭的心臟，它的先進性突出表現在低成本、無污染、高可靠、高性能、使用安全、操作方便。液氧/煤油火箭發動機作為運載動力裝置的優越性在于:一是煤油作為常溫推進劑，使用極為方便， 安全性好，而甲烷、丙烷、液氫為低溫推進劑，不好貯存，運輸、加注和操作都不方便，泄漏后易起火爆炸，特別是液氫很容易泄漏。二是煤油價格便宜，每千克煤油的價格只有液氫的1/100和偏二甲肼的1/30， 可以較大幅度地降低發動機的研制成本和運載火箭的發射費用。發射一顆20T低軌道的有效載荷， 如用液氫/液氧和四氧化二氮/偏二甲肼組成的二級半方案推進劑費需3000萬元，而用全液氧/煤油方案只需推進劑費100萬元。 三是液氧/煤油組合密度比沖高，是理想的下面級(助推級和芯一級)發動機，稍作改進之后亦可作為比較理想的上面級發動機。四是我國煤油資源豐富，貯量極大，可滿足長遠的需要。

　　我國克拉瑪依油田開采的煤油是低凝點環烷基中質原油，完全符合火箭推進劑用煤油標準， 現已查明貯量在5億噸以上，按每年200萬噸開采量計算，可連續開采50年以上，同時我國黑虎山、遼河、勝利等油田符合要求的原油貯量也是豐富的。經各種研究試驗和兩次液氧/煤油發動機熱試車的成功，充分說明了國產煤油能完全滿足使用要求。五是使用液氧/煤油發動機可完全消除四氧化二氮/偏二甲肼有毒且污染環境的嚴重不足。六是液氧/煤油發動機可實現運載火箭模塊化積木式設計，可用不同組合完成不同載荷的發射任務，能形成我國新一代運載火箭系列。上述諸優點體現了先進動力系統的要求和研制方向。 經過近10年關于大型運載火箭和天地往返運輸系統動力系統的技術論證、研究及關鍵技術攻關，國家決定研制液氧/煤油高壓補燃發動機，并已列入“863”計劃。 這無疑是提高我國航天技術水平的重大舉措，更是加速我國運載火箭產業化進程的英明之舉。