(天龙二号液氧煤油发动机产生独特的橘色尾焰) 6park.com
大家可能都听过下面这个段子:“我这外行吵吵火箭要烧煤,还要用水洗煤,真火箭专家听了都不用回应,哪怕看我一眼,那都算我赢了”,以此来讽刺外行的不专业。
但是,谁能想到技术发展的实在是太快了,这个段子如今成为现实。那就是中国研制出“煤基航天煤油”,也就是用煤造出了煤油,并成功发射火箭入轨,火箭真的开始烧“煤”了。 6park.com
(天龙二号使用的煤基航天煤油) 6park.com
【“煤基航天煤油”成功投入使用】国内民营航天的天龙-2火箭,就采用了这种煤基航天燃料,在此前国产长征-6运载火箭也已开始使用煤基航天煤油,中国航天即将迎来煤基航油时代。 6park.com
(偏二甲肼和四氧化二氮优点是不需点火,混一起就燃烧) 6park.com
国产长征系列运载火箭一直采用偏二甲肼和四氧化二氮等燃料,这些燃料都有剧毒,且都易挥发,易溶于水,对人体危害较大。考虑到人员安全和环境保护,中国新一代运载火箭决定采用航天煤油作为燃料。
【航天煤油不普通,很难提炼】
由于火箭发动机对于燃料要求极高,因此航天煤油提炼难度非常大,对于原油品质要求也非常高。
中国石油蕴藏本来就不丰富,油田品质也普遍一般,直接生产航天煤油困难很大。目前仅有克拉玛依油田的部分油井满足要求,但每吨原油能够提炼出来的数量也很小。 6park.com
(克拉玛依油田的抽油机) 6park.com
随着国产航天发射任务增多,新一代重型运载火箭研制成功,例如长征-5使用的煤油助推器,它们每次发射就需要准备百吨级的航天煤油,对于航天煤油需求越来越大。
如果我们选择进口国外石油基航天煤油,不但增加国产运载火箭飞行成本,降低市场竞争能力,关键的时候还会受制于人。在这种情况下,中国航天决定开展煤基航天煤油的研制。 6park.com
(火箭内部基本都是燃料,动辄上百吨起步) 6park.com
中国石油少,但煤炭却极多。煤炭可供开采的储量超过2000亿吨。不过煤炭毕竟不如其他能源,使用率在逐年下降,已经降低到50%左右,如何利用好煤炭资源就成为一个紧迫的课题。以煤制油就是其中一个出路,而煤基航天煤油就是产品之一。
【煤炼油,不亚于现代炼金术】
前面说过,由于火箭发动机工作环境恶劣,可靠性要求高,因此对于燃料的要求也非常高。这就要求煤基航天煤油各方面性能尽可能接近石油产品,否则的话就会造成发动机部件损伤,直接影响火箭飞行安全。 6park.com
(煤基航天煤油的部分技术指标,看着就让人眼花) 6park.com
中国航天从新世纪初开始着手煤基航天煤油的研制,经过艰苦努力和不懈攻关,攻克了核心配方、性能调节、配方油提取、复合调制等一系列技术难关,终于试制国产煤基航天煤油。
经过试验对比,确定国产煤基航天煤油主要性能例如比冲性能、冷却特性、流阻性能、燃烧特性等与石油基航天煤油一致。完全可以作为后者的替代。
【成本比传统油更低】
2017年国产煤基航天煤油首用于火箭发动机试车,有关单位先后进行了300多次试验,发动机工作时间超过6万秒,试验结果表明,国产煤基航天煤油性能较好,成本低廉,是国产运载火箭比较理想的燃料。 6park.com
(煤转化成各种燃油简易示意图,实际上复杂得多) 6park.com
对于煤基燃料容易结焦、积碳等问题,有关单位也进行了技术攻克,解决了这些问题,试验数据也表明火箭发动机和油路在试验之中没有产生明显的结焦和积碳,从而为国产煤基航天燃油大规模应用扫清了障碍。
2018年中国第一条5000吨级煤基航天煤油生产线在神华集团投产,国产运载火箭终于有了自主、可靠、经济的燃料。而且煤焦油原料成本约4500元/吨,煤基航天煤油较传统煤油价格大幅度降低。 6park.com
6park.com(中国煤制油工厂内景) 6park.com
【未来年产50万吨】2023年2月,国产煤基航天煤油正式通过飞行评审。4月2日,天龙-2号运载火箭使用国产煤基航天煤油成功首飞。
它采用的YF-102液体火箭发动机是中国新一代运载火箭的标准发动机,长征-5、长征-6和长征-7都采用这个系列的发动机。这样就意味着新一代长征系列运载火箭也将采用国产煤基航天煤油作为燃料,不但燃烧无害化,更加环保,成本也更低,自主可靠。 6park.com
(发动机使用煤基航天煤油试车) 6park.com
2022年中国航天已经完成120吨级YF-100系列火箭发动机使用国产煤基航天煤油试车,火箭发动机经受住了300秒长试考验,再一次证明国产煤基航天煤油可以作为国产运载火箭可靠的燃料。
随着中国航天发射活动增加,对于煤基航天煤油的需求也在迅速增加。国产煤基航天煤油的生产能力将提高到年产50万吨,以满足国产航天发射需求。相信未来将会有更多的国产运载火箭采用国产煤基航天煤油,以提高火箭性能,降低发射成本。 6park.com
(使用煤油燃料的长征五号助推器) 6park.com