“胖五”发动机研制秘程：曾连续4次爆炸

日前，中国空间站“问天”实验舱成功发射。而护送它进入太空的，正是我国近地轨道运载能力最大的运载火箭——长征五号B遥三运载火箭。

由于体型大、推力大，长征五号系列运载火箭又被称为“大火箭”、“胖五”。据悉，这是我国为了满足进一步航天发展需要、弥补中外差距，而在2006年立项研制的一次性大型低温液体捆绑式运载火箭，是中国新一代运载火箭中芯级直径为5米的火箭系列。

众所周知，运载火箭强大的动力来源就是发动机，发动机是火箭的“心脏”，是火箭技术含量最高、难度最大的部件之一。而“胖五”采用的是液氢液氧、液氧煤油作为燃料，这是当今世界航天发射的主流技术，也是一个国家成为“航天强国”的标志之一。

近年来，中国航天技术的不断提升，让全世界看到了中国航天技术的“崛起”。但很多人可能想不到，这些科研人员研究的背后，究竟承受了多大的压力。

在近期的央视新闻中，航天科技集团六院西发公司型号系列总工艺师张和平介绍说，长征五号用了八台120吨液氧煤油发动机，这其中包含30多种新材料，而典型的就是燃烧部分用的高温合金。

高温合金被称为“先进发动机基石”，由于火箭发动机点火后，最高温度可达3000℃，在这样的高温高压富氧环境下，普通材料瞬间就会被烧成一堆废渣。但在实施综合降温措施后，却发现只有高温合金依然能够保持稳定。于是，2000年国家正式立项，液氧煤油发动机进入工程研制，首先要解决的就是研发高温合金。

了解中国航天历史的应该都知道，在技术封锁的背景下，中国在航天领域的技术发展可谓是一片空白。别说造火箭了，就是在基础性的产业方面，都是受到了国外的限制。

比如在2022年5月的时候，美国国家航空航天局（NASA）局长比尔·尼尔森（Bill Nelson）就曾公开声称，中美火箭运载器的外形设计有着“惊人相似”，而两国火箭的外表之所以相似，是因为中国“剽窃”了美国技术，“是的，他们（中国）很擅长剽窃。”

而针对“胖五”发动机的研制，此前更有国外专家表示，即使中国人能把液氧煤油发动机设计出来，也无法制造出来。

时任航天科技集团六院十一所液氧煤油发动机主任设计师的葛李虎，被称为“拼命三郎”，跟火箭发动机打了一辈子交道，带领团队攻关，不断调整高温合金配方的化学成分，两年做了上百次试验，终于研制成功，而且没有从国外进口一克原料，性能水平也超越了国外同等类型合金。

但是，发动机研制出来后，在试车台上一点火就爆炸了，初期甚至接连发生了四次爆炸，而一次试车成本上千万元。

尤其是在2001年，液氧煤油发动机进行了四次整机试车，均未成功，其中还连续两次发生了爆炸，这在中国航天的历史上也是绝无仅有的。

研制团队重整旗鼓，从爆炸碎片中分析故障原因，仅一个阀门问题的试验就连续做了100多次。白天做试验，晚上就分析数据、装配产品。最长的一次，300人在厂里住了整整3个月。

2002年，液氧煤油发动机试车5秒钟。

2006年，液氧煤油发动机长程试车600秒。

2016年，液氧煤油发动机在长征五号首飞任务中获得成功，之后在我国首次火星探测任务、嫦娥五号、空间站天和核心舱的发射中都有着完美的表现。

据航天科技集团六院副院长马双民介绍，我们通过发动机的研制，完全掌握了高压液氧煤油发动机的全套技术，研制出了具有完全自主知识产权的大型火箭发动机，支撑了我国运载火箭（动力）的更新换代。

值得一提的是，在没有从国外进口一克原料的基础上，我国研制的高温合金性能水平仍超越了国外同等类型合金，现在这种合金已经分别应用于航空发动机、液氧煤油发动机、液氢液氧发动机等国家重大工程项目。通过液氧煤油发动机研制，还牵引了高强度不锈钢等50多项新材料的创新，填补了我国这些材料研究的空白。

从技术角度上看，“胖五”为两级半火箭，动力系统由助推器动力系统、芯一级动力系统、芯二级动力系统、辅助动力系统四个部分组成。其中，芯级和助推器动力系统主要包括发动机、贮箱增压系统、推进剂输送系统、发动机预冷系统、加泄排气系统和箭地连接等系统。

● 芯一级动力系统：2台YF-77液氢/液氧发动机，单台真空推力70吨。

● 芯二级动力系统：2台YF-75D液氢/液氧发动机，单台真空推力9吨。

● 助推器动力系统：4个助推器分别配置2台YF-100液氧/煤油发动机，单台地面推力120吨。

● 辅助动力系统：主要用于芯二级滑行段和星箭分离前的姿态控制、滑行段推进剂管理、星箭分离前末速修正，系统由发动机机组、氦气瓶和囊式贮箱等组成。

相对于我国现役长征系列运载火箭一、二级与助推级动力系统主要采用常温有毒的四氧化二氮/肼类燃料推进剂发动机，长征三号系列火箭三级动力系统采用低温的小推力、低室压液氢/液氧推进剂发动机，“胖五”的“心脏”系统可谓发生了“质”的变化，即采用的是绿色环保、高性能的液氢/液氧和液氧/煤油推进剂，使用的是新型YF-77、YF-100和YF-75D发动机。

● YF-77发动机：2001年正式立项后，发动机关键技术攻关全面展开。但在2007年左右遭遇了国内外罕见的重大技术障碍，先后四次试车结果不理想，直接影响到整个研制进展。经多次改进效果仍不理想后，研制人员改用“一大四小”的改进方案，即使用隔板喷嘴，改进推力室结构，提高面板连接强度，终于在2009年12月，发动机转入试样研制阶段。历经十年艰苦攻关，至2012年8月17日，YF-77发动机关键技术全部突破，实现了我国氢氧发动机推力由8吨到70吨（真空）的跨越。

● YF-100发动机：2000年正式立项后，刚开始进行的几次整机试车都失败了。但研制人员相继攻克了补燃循环自身启动等技术难关，先后实现了全系统额定工况不下台连续三次1200s和单次600s长程、变工况、摇摆试车成功等重大突破，发动机技术状态趋于稳定，并于2012年5月28日通过验收。YF-100填补了我国高压补燃循环发动机的技术空白，标志着我国成为继俄罗斯之后第二个完全掌握液氧/煤油高压补燃循环液体火箭发动机核心技术的国家。

● YF-75D发动机：这是我国首个采用闭式膨胀循环的高性能氢氧发动机，我国第三代上面级液氢/液氧火箭发动机，具备高空多次启动能力。此前，其第一代及第二代分别为YF-73、YF-75。其中，YF-75用于长征三号甲系列运载火箭的第三级，采用燃气发生器循环。除了用于“胖五”之外，YF-75D也可用于长征七号（3级地球同步转移轨道版本）第三级动力系统。

总之，长征五号运载火箭全面突破了以12项重大关键技术为代表的247项关键技术，新技术比例达到100%，核心技术全部实现国产化，代表着我国科技创新与工业制造的最新成就。

目前，航天科技集团六院研发的500吨液氧煤油发动机已经突破了主要关键技术，将在今年完成发动机整机热试车，支撑未来载人登月、深空探测！