嫦娥六號任務歷經(jīng)發(fā)射、地月轉移、落月、上升、交會對接以及返回等多個過程，帶回了人類首份月背樣品。在這些過程中，超過一百臺航天發(fā)動機不斷接力，一起來梳理一下這些發(fā)動機。
嫦娥“探月”動力從哪來？
5月3日，嫦娥六號成功發(fā)射，在進入太空的這2200多秒，主要由火箭來提供動力。發(fā)射嫦娥六號的長征五號火箭上共有30臺發(fā)動機，它們一起助力，將嫦娥六號送到地月轉移軌道。
進入預定軌道之后，誰來提供動力呢？這就都要靠安裝在嫦娥六號身上的77臺發(fā)動機了。這臺7500牛變推力發(fā)動機，在落月期間發(fā)揮了重要的作用。
中國航天科技集團 李建華：這個發(fā)動機就是探月工程的7500牛變推力發(fā)動機，下面這部分是噴管。這兩個主要零件裝配在噴管的上端，主要的作用就是控制推進劑進入燃燒室的量的大小，來實現(xiàn)發(fā)動機的可變推力。
這款7500牛變推力發(fā)動機是為嫦娥三號著陸月球而研制的，是落月的關鍵設備，它在嫦娥三號任務之后還陸續(xù)幫助嫦娥四號、五號、六號實現(xiàn)了月球軟著陸。
在嫦娥六號完成月面采樣后，裝有月背樣品的上升器需要從月球表面起飛，這就輪到另3000牛發(fā)動機發(fā)揮作用了。
中國航天科技集團 潘匡志：這個就是我們著上組合體的一個模型，我們的3000牛發(fā)動機就在上升器的中間的位置。
嫦娥六號任務非常復雜，既要落月探測，又要采樣返回，除了7500牛變推力發(fā)動機、3000牛發(fā)動機，嫦娥六號上還有150牛、25牛、10牛等多種類型的發(fā)動機，在姿態(tài)控制、交會對接等過程中發(fā)揮了重要作用。
如何造好嫦娥的“動力之源”？
在這個生產(chǎn)火箭發(fā)動機零部件的廠房，記者看到，這里所有零部件都采用3D打印技術來制造，過去人工至少要50小時制造的一個零件，現(xiàn)在用3D打印只需要10個小時。
在這個廠房中，近百臺金屬3D打印機根據(jù)發(fā)動機設計圖紙，晝夜不停地進行著生產(chǎn)。從這里出廠的零部件，會被用于組裝成火箭發(fā)動機。通過3D打印技術，讓發(fā)動機的生產(chǎn)周期更短、制造工序簡單、可靠性更高，并且還能節(jié)省大量的原材料。
中國航天科技集團 周亞雄：像這臺的話就是我們一個發(fā)動機上的殼體，因為火箭發(fā)動機它適應工況比較高，它既要承壓，又要保證它的使用的力學性能，所以說現(xiàn)在我們就用3D打印，就相當于把它集成化設計，然后實現(xiàn)它的一體化成型。
記者在這里采訪發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在新研制的火箭發(fā)動機，60%以上的零部件都可以通過3D打印來生產(chǎn)，這樣使得發(fā)動機研制效率大幅提高。此前發(fā)動機很多零部件幾乎都是人工“搓”出來的“孤品”，有了新技術的加持，火箭發(fā)動機逐漸從“工藝品”轉型為“工業(yè)品”。
中國航天科技集團 張鵬：早期的鑄造的合格率受限于技術水平，只能達到30%左右。3D打印技術的研發(fā)和突破，現(xiàn)在合格率能達到95%以上。
如果說，3D打印提升的是火箭發(fā)動機的制造技術，那數(shù)字化的應用就是火箭發(fā)動機研制效率大幅提升的代表。
以前設計發(fā)動機靠的是手繪圖紙或二維制圖，而隨著數(shù)字化水平的提高，現(xiàn)在發(fā)動機的設計已經(jīng)開始全面采用三維模型，研制周期大幅縮短。
中國航天科技集團 李程：采用這種數(shù)字化的手段以后，咱們產(chǎn)品的迭代速度是更快的，可以在數(shù)字化的世界里面進行多輪次的仿真計算，確保在物理世界上實現(xiàn)一次成功，支撐了更大推力的液體火箭發(fā)動機的研制過程。
中國航天科技集團 李斌：火箭發(fā)動機作為核心關鍵技術的一個代表，它也牽引了這些工業(yè)技術水平的提高?；鸺l(fā)動機需求、配套的一些材料、制造工藝、設備，它水平也在提高。所以相輔相成，促進了我們現(xiàn)在整體研制水平的提高。
火箭發(fā)動機試車：提高效率 保證質量
在西安抱龍峪的這個試車臺，記者看到，未來將用于我國可重復使用火箭的一臺發(fā)動機，正在為試車做準備。經(jīng)過升級改造，以前五天才能完成的一次試車，現(xiàn)在最快兩天就能完成。
中國航天科技集團 高強：為了完美地測試發(fā)動機正確的性能，首先試車臺肯定是不能掉鏈子，試車臺自身得絕對可靠。
火箭發(fā)動機試車也被稱為“不起飛的發(fā)射”，每臺發(fā)動機交付火箭前都要在試車臺上點火試車，驗證其性能。
近些年，中國航天逐漸進入常態(tài)化高密度發(fā)射階段，火箭對發(fā)動機的需求量也逐年增大，到2025年要具備每年試驗300臺發(fā)動機的能力，這對試車臺的考驗非常大。那怎么才能提高試車臺的效率呢？
中國航天科技集團 高強：這個廠房我們稱為試驗的準備間，顧名思義就是我們要把試前和試后等一些工作轉移到試驗的準備間里來完成。這個是我們給發(fā)動機試驗所設計的一個發(fā)動機的轉運車，它可以通過自動導航的形式把發(fā)動機轉運到我們試驗間，與我們試車臺架進行一個對接。
有了新技術的加持，這個試車臺上最多可以有4臺發(fā)動機同時開展工作，試車臺的利用率高了，試車效率自然也就提高了。
中國航天科技集團 李斌：發(fā)動機是我們航天發(fā)射的一個核心支撐，是一個基礎，發(fā)動機必須滿足總體的要求，這樣才能支撐航天健康快速發(fā)展。
生產(chǎn)化肥和衣服 火箭發(fā)動機技術用途多
眼前這臺非常高大的裝置就是配備了“航天爐”的煤化工裝置。可以通過再處理合成甲醇、合成氨、煤制油等產(chǎn)品，可廣泛應用于紡織、化肥制造、化工等領域，而其中最關鍵的燃燒裝置就來自火箭發(fā)動機。
航天長征化學工程股份有限公司 趙峰：它是源于火箭發(fā)動機的燃燒、傳熱以及系統(tǒng)工程理論研制的航天粉煤加壓氣化技術，是航天液體火箭發(fā)動機技術的民用領域應用?；鸺且浞秩紵?，而這是一種欠氧燃燒，這就帶來精確的氧氣和氣化原料的控制。
聽起來容易，干起來難。在第一臺“航天爐”誕生之前，這項技術一直被國外壟斷，很多企業(yè)要花幾十億甚至幾百億元去購買國外的技術和設備，市場需求非常迫切。
既然市場需求這么迫切，那為什么沒人干呢？
趙峰告訴記者，中國的煤種類太多，要想干好“航天爐”這項技術，需要把每一種煤的氣化特性都研究出來，有一部分是不好用于燃燒的劣質煤，既費時間，投入又大。
航天長征化學工程股份有限公司 趙峰：這種煤達不到燃料煤的要求，我們希望把它變成氣化原料，把它的價值利用起來。把煤必須吃透，才能進行一對一的工業(yè)化設計。
截至目前，“航天爐”項目團隊已經(jīng)建立了9大類600多種的煤質氣化特性數(shù)據(jù)庫和煤氣化企業(yè)標準。像這樣一對一建設的工廠簽約氣化爐155臺，簽約總合同額已超200億元，拉動上下游產(chǎn)業(yè)投資超3000億元。在北京的遠程服務中心，這里能看到全國正在運行的“航天爐”實時的狀態(tài)。
航天長征化學工程股份有限公司 姜從斌：每一臺氣化爐大概有2000個實時的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對新技術的研發(fā)非常寶貴。煤化工行業(yè)一年的GDP也是超過1萬億，所以它必須開發(fā)核心技術。未來可能還會進入一些環(huán)保的領域，滿足我們未來的碳中和需要。
除此之外，火炬也可以借鑒火箭發(fā)動機的燃燒和控制技術，2022年北京冬奧會手持火炬“飛揚”以及能源化工行業(yè)中用于無毒無害氣體排放的工業(yè)火炬，就是火箭發(fā)動機技術轉化而來的。目前，這個技術已經(jīng)服務于國內上百家企業(yè)，出口中東、非洲等“一帶一路”共建國家。
(總臺央視記者 崔霞 李寧 陶嘉樹 吳天白)