“天鵲”發動機

“天鵲”發動機是中國推力最大的雙低溫液體火箭發動機，也是繼美國SpaceX的猛禽發動機、藍色起源的BE-4發動機之後，世界第三台完成全系統試車考核的大推力液氧甲烷火箭發動機。

從2006年以來，北京11所深入開展了60噸級液氧甲烷發動機關鍵技術研究。經過五年的艱苦攻關，突破了多項關鍵技術。據悉，本次試驗是國際上首次60噸級液氧甲烷發動機試驗，其工作參數在世界同類發動機試驗中是最高的，表明我國液氧甲烷發動機研究居於國際領先水平，成功探索了基於現有氫氧發動機平台研製低溫液氧甲烷發動機的新途徑。 

“天鵲”發動機於2017年啟動相關研製工作，先後完成了燃氣發生器試車、短噴管推力室試車、半系統試車等重大試驗。

2019年5月17日，80噸液氧甲烷發動機——“天鵲”(TQ-12)20秒試車在浙江湖州圓滿成功。這意味著，中國民營企業首次掌握百噸級液體火箭發動機的全部關鍵技術，並具備了發動機研製所需的全部保障能力。截至5月17日，“天鵲”發動機在一周時間內共進行了4次試車，最長試車時間為20秒，發動機起動關機平穩迅速，正常工作段參數穩定，發動機各項性能均達到了設計要求。 

2019年7月，藍箭航天自主研發的天鵲10噸級液氧甲烷發動機（TQ-11）推力室650秒長程試車圓滿成功。 

2019年7月22日，“天鵲”TQ-12液氧甲烷發動機100%推力試車取得成功，最長試車時間100秒。“天鵲”TQ-12發動機是國內推力最大的可重複使用液氧甲烷發動機，其地面型發動機海平面推力67噸，真空推力76噸，真空型發動機真空推力80噸，是世界第三、亞洲第一大推力的液氧甲烷發動機。80噸發動機TQ-12通用於火箭一級和二級，10噸級發動機TQ-11通用於火箭的二級游機和三級主動力。通過兩型發動機的並聯組合，覆蓋了從小型、中型到大型的“朱雀”全系列火箭家族。“天鵲”兩型液氧甲烷發動機TQ-11與TQ-12將構成“朱雀二號”運載火箭的動力系統。

該發動機具有無毒環保、高可靠、高性能、低成本、易操作、可重複使用等特點，代表了航天主動力技術的發展方向。

此款發動機地面型發動機海平面推力67噸，真空推力76噸；真空型發動機真空推力80噸。

藍箭航天動力研發部總經理葛明和表示，該款發動機向下可以覆蓋單一發動機的小型火箭，向上可以覆蓋中型火箭、大型火箭，其商業價值大、研製難度適中，投入產出比高。

本輪試驗圓滿成功，標誌著中國民營航天企業大推力液體火箭發動機產品“零的突破”，成功驗證了中國商業航天大推力發動機從設計、研發、製造、生產、裝配、試驗的完整流程。 

燃氣發生器循環系統簡單、壓力低，對材料、工藝的要求低，研製難度較低、周期較短、投入較少、成本較低、性能適中，更適合規模較小的商業航天公司。同時，更為重要的是發動機的力、熱環境較好，便於實現重複使用。

補燃循環包括富氧補燃、富燃補燃和全流量補燃，其比沖性能比燃氣發生器循環高約10%，但系統複雜，壓力是燃氣發生器循環的幾倍，研製難度大、周期長、投入多、成本高，更適合大型航天公司。補燃循環也可實現重複使用，但由於力、熱環境非常複雜，研製難度大。膨脹循環分為開式膨脹循環和閉式膨脹循環，一般用於液氧液氫發動機。這是由於氫的分子量只有2，渦輪的做功能力較強。對於液氧甲烷發動機，甲烷的分子量為16，渦輪的做功能力遠低於氫，如採用膨脹循環則發動機比沖很低，因此,液氧甲烷發動機不適宜採用膨脹循環。

通過上述分析，藍箭航天兩型液氧甲烷發動機均採用燃氣發生器循環。

藍箭航天80t級液氧甲烷發動機採用燃氣發生器循環，單台推力室、同軸式渦輪泵、泵后搖擺、火藥點火（後期採用火炬點火實現多次點火）、分級起動、自生增壓。8t級發動機採用4台推力室，其餘系統配置與80t級發動機相同。兩型發動機主要系統組成如下。

氧化劑供應系統：由主系統和副系統組成，包括氧泵、氧主閥、氧副閥、推力調節閥、節流圈及相應管路等組成。

燃料供應系統：由主系統和副系統組成，包括燃料泵、燃料主閥、燃料副閥、混合比調節閥、節流圈及相應管路等組成。

燃氣系統：由推力室、燃氣發生器、燃氣導管、渦輪及排氣管組成。主要功能是驅動渦輪做功，為氧換熱器提供加熱熱源，組織燃燒產生推力。

控制與吹除系統：由控制氣瓶、吹除氣瓶、自鎖電磁閥、控制電磁閥及相應管路、電纜等組成。主要功能是控制閥門的打開、關閉，並提供吹除氣源。

點火起動系統：由火藥點火器、火藥起動器及相應電纜等組成。主要功能是在發動機起動時，帶動渦輪泵起旋，點燃推力室、燃氣發生器中的推進劑。

預冷迴流/泄出系統：主要由吹除單向閥、節流圈、預冷泄出閥、預冷迴流閥及相應管路組成。主要功能是發動機預冷時完成推進劑的迴流、泄出與排放。

貯箱增壓系統：由氧自生增壓系統和燃料自生增壓系統組成，包括增壓氣蝕管、增壓單向閥、節流圈、換熱器及相應管路等組成，主要功能是為貯箱提供增壓氣源。

調節系統：由推力調節閥、混合比調節閥和控制電機組成。通過電機運轉，改變調節閥的流通面積，調節系統流量和壓力，實現推力和混合比調節。

推力矢量控制系統：由常平座、軟管和伺服機構組成。通過伺服機構控制推力室擺動，從而控制推力方向。

熱防護系統：由隔熱包覆層等組成，主要功能是對低溫及高溫部件進行包覆，減少低溫部件和高溫部件的熱傳導。 

藍箭航天以國內外和行業內外的最新技術為基礎，勇於創新，突破並採用了一系列先進技術，主要包括：

1）80t發動機是國內首台作為工程型號的液氧甲烷可重複使用發動機，相關技術代表著航天主動力的發展方向，研發的故障診斷、使用維護技術已在多次試車中得到初步應用。

2）大型泵壓式液體火箭主發動機大範圍推力調節技術，設計調節範圍50%~110%，具備分級起動功能，達到國內先進水平。

3）液氧甲烷高效穩定燃燒技術，推力室燃燒效率達到0.985，燃燒室脈動壓力低於0.1MPa，達到國際一流水平。

4）大型噴管激光焊接技術，此項技術為國內首創，達到國際領先水平。

5）高效率低溫泵技術，設計中採用了先進的模擬技術，氧泵效率0.80，甲烷泵效率0.72，振動幅值小於50g，達到國際先進水平。

6）渦輪泵流體動壓密封技術，此項技術是發動機重複使用的關鍵之一，具有低泄漏、零磨損、適應

多次起停等特點。

7）高精度高壓低溫調節器技術，調節器由電機、控制儀驅動，實現低溫發動機推力和混合比無級調節。此項技術是實現發動機大範圍推力調節和運載火箭回收的關鍵，為國內首創。

8）採用新型密封結構的低溫閥門技術，在國內液體火箭發動機低溫閥門中首次採用泛塞封動密封技術，大幅降低了閥門的製造成本，縮短了製造周期。

9）泵后搖擺技術，相比傳統的泵前搖擺技術，藍箭航天立足最新技術，採用泵后搖擺方案，可有效減小搖擺力矩和搖擺空間，實現單向搖擺、雙向搖擺。

10）過冷推進劑技術，瞄準發射場和火箭的工程應用，將採用過冷液氧和甲烷，以提高發動機和火箭性能。