中国130吨级可回收液氧煤油发动机成功！超越美国实现回收难题
据西安航天动力研究所11月26日发布的报道，航天六院自主研制的130吨级重复使用液氧煤油补燃循环发动机首台两次起动试车取得圆满成功！
130吨级重复使用液氧煤油补燃循环发动机是为我国新一代重复使用运载火箭设计的大推力发动机，首台原型验证发动机试车成功，标志着我国在重复使用发动机高压补燃两次点火、低入口压力起动、连续变推力等核心关键技术上取得突破性进展。为我国空间站运营等航天活动提供有力支撑。
其实这台发动机给新版载人火箭用的
官方的报道中并没有指出这款发动机的型号，不过笔者经过多方查找后确认这台发动机的型号为YF-100N，此前还有中国最大推力的500吨级火箭发动机YF-130成功，与YF-130同期成功的还有甲烷发动机，也有膨胀循环的YF-79成功，看得大家眼花缭乱，这些型号的背后到底是些什么发动机？
我国的航空发动机是用WS-N命名的，这是涡扇的拼音，比如WS-10就是涡扇-10，另外还有WP涡喷、WJ涡桨、JS桨扇、WZ涡轴等。而火箭发动机则是以YF-N为命名方式，这个是液体发动机的液发拼音简写，但液体燃料种类比较多，因此型号比较繁杂，大致规律如下：
YF-1、2、3，10以内的是偏二甲肼（燃料）和硝酸（氧化剂），早期毒发；
YF-20~50，偏二甲肼（燃料）和四氧化二氮（氧化剂），目前还在用的毒发；
YF-70~90，氢氧低温燃料发动机，真正的无毒无污染火箭发动机；
YF-91，液氧甲烷火箭发动机（据称为YF-77氢氧机改），未来的可回收火箭发动机；
YF-100~ ，液氧煤油发动机，目前推力最大的发动机；
估计各位大概是看明白了，我国的液发基本以数字区隔的，了解的朋友看着毫无障碍，不知道的朋友看得云里雾里，这个命名方式确实容易造成误会，而且就目前的区隔来看，有些型号还不够用了。当然这个火箭发动机还是比较专业的领域，各位爱好者看个热闹也就罢了。
YF-100N，新版载人火箭的发动机
11月26日成功试车的YF-100N发动机是给新版载人火箭使用的，此前一直在用CZ-2F火箭，这枚火箭的助推器是YF-20（1台），一级火箭发动机也是YF-20（4台），从上文我们可以了解到这种发动机用的偏二甲肼与四氧化二氮，也就是俗称的毒发。
因为偏二甲肼易燃、易爆、易挥发、剧毒、致癌，并且价格也相当高，每吨人民币8万，而它的氧化剂四氧化二氮也高达每吨1.7万，所以这种燃料不但危险还贵，因此用液氧煤油的新版载人火箭代替能大幅降低成本，有利于未来长期的空间站活动。
从CZ-5衍生出两款火箭，一款是CZ-5DY，这是新版登月火箭，以两次发射在月球轨道上交会对接的方式实现载人登月，与CZ-9的版本相比，中国航天比之前更为务实，因为在CZ-5这款成熟的火箭上发展成本更低也更保险。
另一款则是CZ-5ZRL，这是新版载人航天火箭，主要用途是运送航天员抵达天宫空间站，两者的发动机基本一致，但配置有些不一样：
CZ-5DY：助推器：7台YF-100K、一级：7台YF-100K、2台YF-100M、3台YF-75E；
CZ-ZRL：一级：7台YF-100K、1台YF-100M；
从这个配置中也可以看出，新版载人火箭就是登月火箭的“删减版”，发动机与一级都高度重复，这有利于降低成本，对长期维持航天活动非常有利。
而航天六院测试的这款火箭发动机则是YF-100N，其目的是替代两款火箭中的一级发动机YF-100K，是冲着可回收方向发展的，设计目标为重复使用10次，未来将再次降低载人航天的成本。
中国130吨级可回收液氧煤油发动机：超越美国解决回收难题!
自马斯克开启回收火箭发动机先河以来，各国从不屑一顾到趋之若鹜都不到10年时间，猎鹰火箭的发动机甚至有重复使用14次的，究竟是否划算，大家都能看得出来，但要实现可回收却不是那么简单，需要的是强大的技术储备！
该型发动机是瞄准我国新一代运载火箭重复使用打造的天地往返动力装置，具有综合性能高、拓展能力强、可靠性高等特点，该发动机将有力支撑我国重复使用航天运载器发展，满足我国空间站运营等航天活动需求，提升我国大规模、低成本进出空间能力。
据悉，该型发动机在充分继承系列型号研制技术基础上，实现了该系列发动机通用化、一体化和数智化技术融合。此外，发动机部分零组件采用3D打印、自动化焊接、智能装配等新工艺技术，在重复使用大推力发动机高压补燃两次点火、连续变推力等核心关键技术上取得突破性进展。
航天六院十一所液氧煤油发动机系统工程师张淼：研发团队仅用一年时间完成了从方案设计到全流程演示验证的研制流程，对发展我国重复使用运输系统，进一步提高新一代载人登月火箭可靠性具有重要意义；对我国空间站运营等航天活动，提升大规模、低成本进出空间能力打下了坚实基础。
据悉，该型发动机的部分零组件采用了3D打印、自动化焊接、智能装配等新工艺技术，在重复使用大推力发动机高压补燃两次点火、连续变推力等核心关键技术上取得突破性进展。
一、多次点火技术
采用垂直起降的航天运载器都需要发动机具备多次点火能力，像SpaceX公司开式循环液氧煤油发动机梅林-1D（Merlin-1D），在猎鹰9号垂直起降过程最多要点火工作3次。
液氧煤油发动机采用了绿色、环保的推进剂组合，可在一次点火工作后进行吹除处理后，实现发动机重复点火工作，技术上具有重复使用能力。但航天运载器飞行时，无法实现和地面试验相同的吹除等保障条件，同时由于低温发动机点火准备阶段需对低温系统进行预先预冷，所以点火准备期的流程和地面也有较大差异。对于补燃循环液氧煤油发动机，这些制约条件将更加凸显，需要对发动机进行技术研究，优化发动机点火准备阶段的预冷流程，简化发动机关机后至点火前的吹除处理方案。
目前，我国补燃循环液氧煤油发动机已在地面试验实现了不间断三次点火起动，摸索出了重复点火工作间的吹除处置和预冷方法。
二、大范围变推力技术
垂直起降的航天运载器在返回过程中，由于推进剂剩余量逐渐减少，运载器重量越来越轻，需要发动机具备大范围推力调节能力，才能实现减速或地面软着陆。要实现发动机的大范围变推力，需设置调节元件和驱动机构，同时对调节精度和调节速率有要求。另外，工作条件的大范围变化对发动机推力室等热力组件及涡轮泵等主要组件的工作适应能力提出了很高要求。
我国液氧煤油发动机具备无级推力调节能力，通过地面试车进行充分验证，其中推力调节机构和大范围推力调节能力在新一代长征八号运载火箭上实现了飞行验证。
三、力、热防护技术
与一次性使用运载器相比，重复使用运载器不仅要求发动机在上升段工作，而且返回段也要再次点火工作用于运载器减速或着陆，特别是返回段的气动力载荷条件、喷口反流热流条件等更加苛刻，需要对发动机进行力、热防护技术研究。另外，非工作段部分贯通内腔的接口也需要考虑返回段外界气压的变化进行正压或反向密封保护。
某飞行器试验的成功，初步验证了液氧煤油发动机对重复使用飞行力、热载荷条件及免维护防护措施的有效性。
四、重复使用状态评估技术
为了实现发动机重复使用工作的可靠性，需要对返回后的发动机进行状态评估，用于判定发动机是否具有再次飞行的能力，特别是对工作条件恶劣的热力组件热疲劳、转子组件结构应力疲劳开展专项研究。另外，发展并采用在线实时健康诊断技术，实现飞行阶段发动机工作状态的健康监测或采用动力冗余运载器的弹道重构。
国内液体火箭发动机地面故障诊断系统在液氧煤油发动机研制试验中应用较早，技术成熟。2022年3月在新一代长征六号甲运载火箭上首次实现了飞行健康监控系统的实战应用。通过液体动力健康诊断相关技术研究，液氧煤油发动机在试车或飞行后状态评估技术方面也开展了大量研究工作。
长征五号B运载火箭大推力氢氧发动机顺利完成了型号可靠性试车，进一步验证大推力氢氧发动机的能力，为长征五号B运载火箭执行空间站任务奠定基础。此次试车时间为500秒，与发动机在火箭上的飞行时间一致。这已经是这台发动机经历的第4个500秒的试车验证，相当于正常飞行时间的4倍，大大提高了发动机的寿命余量。
据了解，长征五号B运载火箭将执行空间站各舱段的发射任务，其中核心舱将于今年春天率先发射。此次试车是根据工程总体安排，对大推力氢氧发动机进行可靠性增长的专项工作之一，提高整个空间站任务建设阶段发动机的可靠性。
中国载人航天计划共有"三步走"，第一步是从"神舟一号"走到"神舟七号"，前4个载人飞船是无人的，"神五"时杨利伟上天，实现中国人第一次进入太空的梦想，虽然比"太空旅行第一人"尤里·阿列克谢耶维奇·加加林晚了几十年，但两个不记喇谅堡是一个数量级。加加林只飞了一个小时，是伞降;杨利伟飞了一天，是软着陆，返回舱已达到"容3个人7天往返"标准。加加林落地偏差达400公里;杨利伟落地时，落在中国内蒙古，当时设计"100乘以90公里着陆"都算准确着陆，但最终落地偏差只有10公里，后来"神六"、"神七"落地误差只有1公里，3条飞船实现了第一阶段的全部任务。
计划第二步，是继续突破载人航天的基本技术:多人多天飞行、航天员出舱在太空行走、完成飞船与空间舱的交会对接。"我们正在进入二期计划，最近几天，我们就会打'神八'，打上去以后，'神八'和'天宫一号'要实现远程交会对接，对接后，组合体会在太空运行12天，科学家要进行动力学、姿态控制等验证。'天宫一号'里面没人，但是按照有人生活来设置环境的，温度、湿度、氧气等指标都要进行检测，为解决将来人进去的问题。二体对接后，还要再分开，进行第二次交会对接，主要是为了掌握实践经验，最后实现2次无人交会对接后 将实现有人交会对接任务，验证组合体飞行、人能在其中生存等问题。"
第三步就是建立中国自己的空间站，先向太空打出核浆润心舱段，再打很多舱口与其对接，用太阳翼进行宙榜棕发电。天上只有中国的空间站，美国的、国际的都没了。这是因为，到时候，现有的空间站寿命到了，新兴国家还没有这个能力，所以只有中国的"。