中国火箭之忧点

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 09:00:15

从近日看到的一些信息来看，个人认为印度人对中国航天方面的主流评价还是客观的！
而有不少哥们以哗众之良苦用心带来的印度消息明显是偏颇的，且有愈来愈盛之势。阿三一词不知其出（周星星同学？）处，但是一个例证。

当然同样的还有所谓“棒子”，“小巴”等等不一而足，透出的是大国情怀？个人认为发言时立场不偏颇才有可能搞清楚道理。
目前载具方面的实际情况是，印国的MK3已临近试飞（预计时间在重型长五之前）。当然有人会说这个东西笨重且比长三乙差，但加以较短的时日MK4也会出来（且极有可能在重型长五后面不久），而且到时印国200吨液氧煤油火箭发动机（即印度所谓的Semi cryo,这个是富氧分级燃烧循环，其各项参数近于RD191）及100吨燃气发生器氢氧发动机极可能会研发成功，据说其在这方面的预算高达170多亿（印币）。

届时的情况很可能会不太美丽，我们知道在1994年以前，我们可以负责任的说，我们的载具运能是地球老四，日本在我们后面，还在搞M固体火箭（还有人笑话人家是斜射），在仿造美国的东西（N1火箭、H1火箭）。但就是在94年，H2成功射了！而当年的一本航空刊物（不点名了）上有大文比较了同年射成的H2和长三甲后，说中国用较少的代价获得了相同的效果（现在看是有近视之嫌的）。其时，中央大国的几位有识之士（张贵田任新民等）疾呼要上大煤油机与大氢氧，未果！

也是在94年，败过一次的PSLV重新披挂上阵，结果大成。这一射的成功也标志着印国成为真正意义上的航天“老六”（前面是美、俄、欧、日、中）及大固推“阿三”（前面仅美、欧而已）。同年，印国让ASLV之流退役。

就现实的情况来看，我们目前的载具总体上是强于印度的。但我们不能回避的事实是，一直以来我们认为技术上晚我们十数年的印国，94年在分段大固推上全面超过了我们（印国固推方面起步并不早于我们，技术据信大部来源于美国“侦察兵”火箭，可能是技术上的原因，其在大固推上用二次喷射TVC，而不是主流的摇摆喷管）。

而如果其GSLVMK3成功首飞，则我们不得不承认其大型氢氧上面级将与我们站在同一水平上。如果其再进一步，成功发展出MK4并研出200吨煤油和100吨氢氧机，则中央大国将在载具方面被印国全面超越……

要看到，就是我们现在所乐道的氢氧上面级（当年号称全球第二大高能末级），还是任老等人力挽狂澜力排众议力保氢氧机，才能有今天之长三甲乙丙之辉煌成绩。当年有人认为这是个烧钱不讨好的项目。一个真实例子就在我们面前：是我们的120吨煤油机，它是1999年立项的，到2012年才通过工艺验收，中间花了13载光阴，研出来的东东据信有超重身材（因为采用泵前摇摆所致？RD191采用的是泵后摇摆）。而据称我们的大煤油火箭发动机和大氢氧机还在论证中……，并未立项，甚至连推力等一些最基本的参数都未能确定下来。

要看道很多情况下我们是可以集中力量办大事的，但有时也会集中力量办错事（而且办错还有人大声叫好）。

主席他老人家曾说过“战略上我们要藐视敌人，而战术上我们要重视敌人”。

我们要客观的评价一些事情，这其实是使我们立于不败的根本。相反贬低他人并不能抬高我们自已！

位卑未敢忘国忧。本着少花钱多办事的原则，私以为研发载具既不能不做为也不能太过追求技术指标而好高骛远。以关心中国航天事业发展一草民之冲动提出航天动力方面建议一框。不求闻达天听，但求一吐为快：

1、在120吨煤油机基础上继续进行挖潜改进，终使其在5年内达到RD191之推力与比冲水平，并试用泵后摇摆及耐高温高压软管等技术（新技术可用于后续机型）；

2、论证中的大推力煤油机仍采用富氧分级燃烧循环，但要单台用四推力室，并延用120吨煤油机之推力室技术（依RD170比于RD191之例，这样可以有相当部件通用，60-70%？），而不是已不断传出的所谓用双大推室甚至单大推室（据称苏联大哥当年曾啃过该大难题），这样我们可以集中主要力量研发涡轮泵组等相关部件，以免难度太大搞成二十年甚至三十年工程，这样仅试车用的煤油会省下数以万吨计；

3、集中力量在YF77基础上通过挖潜改进，争取用5-8年时间使其推力达到主流的百吨级（J2、火神、LE7一级）并发展出高空大喷管版本（用于大型上面级），取消重新上马150-200吨氢氧机之烧钱动议（有人测算该机型将消耗掉YF100五倍不止之资、力？）；

4、所谓此一时彼一时也，我们要创造条件，不要继续让2.25/3.35/5米变成约束载具成长的金项圈，看一下航天六强中中国之外的事例就能意会……

5、煤油机的点火工质现在用三乙基铝、三乙基硼，其并不安全、亦不环保……我们要再下一城将其搞成过氧化氢催化点火;

6、基于以上；

（1）发展长五加强型，其双机氢氧芯级将在日本H2B同一水平上，配以YF100增推型助推其最大运能将提升到35吨？

（2）发展我国近地轨道运能100吨+之超大运载火箭（长征九号，简称长九，有“长久”之喻意），可灵活构型，其中一方案可搭配为五台YF77增推氢氧8米芯+6台四燃室煤油大助推（直径3.35嫌不足，可加大？）。若再配以YF77氢氧大喷管5米上面级（用已有5米长五芯改进，发动机减为一台？），则可实现奔月运能40吨+？

7、长征九号的基本构型采用氢氧推进剂8米芯级，而不是煤油芯级。理由如下：

（1）减少全箭级数芯级为氢氧级可实现LEO一级半入轨，氢氧芯级地面点火或空中助推状态点火，相比二级半氢氧上面级空中失重条件点火可提高固有可靠性；

（2）降低全箭总高,将总高控制在90米以内，在建天津全箭振动设施可满足试验要求，无须大的新建及改扩建投入；

（3）8米煤油芯级应当布置4台或5台500吨推力发动机，但空间尚嫌免强（采用四燃室煤油），采用氢氧芯则不存在该问题；

（4）采用氢氧芯级有利于通过助推器台数、推进剂加注量、点火时间、燃烧时间、发动机节流控制（部分或全部）等配置方案形成合理的更大的运载能力覆盖范围；

……………………
雄心不是哭喊出来的！是实事求是的经济基础、人才、技术和管理为支撑的。我们不能坐视俄美凌驾，日欧越肩，更莫让印度老六变“阿三”！

言多不妥，敬请斧正！

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 09:05:58

龙老多年前曾在文中谈过YF77的优点，研发费用省，对火箭来说与百吨级在总体上与50吨无大差别，可用作上面級等等……

   个人的几点想法：
   1、关于研发费用省是相对的，国人有所谓一分钱一分货的说法，其实一半的费用当然是便宜了不少，但个人认为与美日欧研发100吨氢氧机前的技术积累相类似（中国甚至在某些方面积累更多）的中国，却研发50吨级的机子，不能不让人认为是太过保守；
   2、对于长五总体影响是不大，甚至有人说双机省了游机。但个人认为技术上游机并不是障碍，还是美国人RS68的排气用于滚控有兼得功效？
   3、现在看来，当年还是上百吨氢氧发动机机更有利。  可实现长五、长九大小兼顾。

风随意 · 发表于 2012-8-2 09:07:17

坐上沙发慢慢看！

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 09:07:48

本帖最后由包头大啦嘛于 2012-8-2 10:18 编辑

说一下我们的液氧煤油火箭发动机的点火方式改进。目前我们的煤油机的点火工质用三乙基铝、三乙基硼，其并不安全、亦不环保……我们要再下一城将其搞成过氧化氢催化点火;理由如下：
（1）、过氧化氢在火箭推进中的应用历史非常之久远（诸如英国的伽馬发动机），在国内亦有YF85（A）过氧化氢煤油火箭发动机。当其用于航天任务时，过氧化氢的催化剂已可以完全不用贵金属，而只用到普通金属氧化物即可，可保证低使用成本下的高可靠性。
（2）、现在RD170及我们的YF100所用的三乙基铝、三乙基硼点火工质存在燃烧残留物的问题且残留物极不易清理。这件事从当年张贵田老师的大文里可见，其中说，清理技术在独联体国家有，但被认为是"know how",出让该技术要数百万之巨资（不记的是美金还是卢布？）。现在可以认为之所以不易清理，应是有点火工质的“功劳”的，至少也有部份原因。
（3）、本人曾在08年2月到11年3月从事过PPC树酯生产研发，其间“有幸”大量接触到与三乙基铝、三乙基硼性质相似的二乙基锌（聚合过程的催化剂）。相关人员全部经常被其生产过程中的烟尘及“怪异味道”侵扰（相应的防毒面具其实是只能保命不能保健康），未被其“无名之火”（与空气或其它氧化性介质接触即燃、与水接触则剧烈反应气化直致爆炸、与皮肤接触就更悲催……）烧到者了了，其中最惊心的一次是在做纯化时，百余公斤二乙基锌分解，其管道、容器、阀件、指示仪表无一幸免的内部大量结垢（事后的分析是因为杂质及系统控制温度问题）。其结垢的清理可以用痛苦一词来形容却又不足以表达出实际的悲催，用大量烧碱浸、用硝酸泡都曾试过……

   附上当年的产品说明：

一、二乙基锌物化性质
化学分子式：                      Zn(C2H5)2
分子量：                            123.5
纯度：                            95%以上
熔点(101.325KPa) :                   —30℃
沸点(101.325KPa) :                   118℃
液体密度(15℃, 100KPa)             1226Kg/m3
气体密度:                            4.3Kg/m3
气化热(118℃, 101.325KPa) :          40.193KJ/Kg
蒸气压(0℃):                         0.479KPa
      (10℃):                      1 KPa
(50℃):                      7KPa
折射率(液体20℃, 101.325KPa) :       1.4983
着火点:                            室温
毒性等级：                            0
二、二乙基锌的热稳定性
二乙基锌对热不稳定，并在升温过程中很快分解，且是放热反应。一旦热分解发生就会变成失控反应，除非有特殊措施，否则是无法制止的。将一定量的二乙基锌放在密封容器中，由于慢慢分解，会使其温度自动上升，直至出现危险的分解点。根据实验结果及资料表明，在不同温度下，二乙基锌的半衰期如表：
温度，℃ 半衰期
120 10天
150 1天
200 几分钟

三、二乙基锌应用方向
1、二乙基锌主要用环氧化物的开环聚合，它具有非常强的还原性，能参与一些特殊反应。
2、二乙基锌是一种活性极高的催化剂，能使一些非常不活泼的物质发生反应。
3、对纸质文物进行保护和修复。
4、对醛、苯甲醛的不对称性加成、对映选择性加成及立体选择性加成反应。
5、芳香醛的不对称烷基化反应。
6、阴离子聚合的反应。
7、二乙基锌是化合物半导体薄膜材料的重要生长方法MOCVD的一种MO源。
8、高能航空和导弹燃料。
四、二乙基锌安全技术指标
1、二乙基锌极易着火，在空气中室温下无需火源的情况下就会着火，遇水、氧化剂、酸类、碱类等结构中含氧的其它化合物发生剧烈反应，如泄漏时溶液能与空气反应放出热量，使溶剂迅速挥发，增大潜在的危险，溶液也能使皮肤严重烧伤。
2、储存容器必须无氧无水、无泄漏、能耐一定的压力、不易破碎、有易于操作的出口。
3、长途运输时使用特制的钢瓶，并充惰性气体保护，在实验室使用时可以装在密封的两口玻璃瓶或者特制的密封的玻璃容器中。
4、如着火应立即掐断泄漏源，然后用砂、硅藻土、蛭石灭火，禁止使用水、泡沫或卤代物灭火剂，接触皮肤时，用大量水冲洗，严重时去医院治疗。
五、二乙基锌的包装及运输
1、100—500ml不同容积的特制玻璃瓶包装。此类包装主要针对年使用量较小的国内外大学、研究院、所的实验室研究人员，可以装纯二乙基锌也可选用甲苯或者正己烷等适当的溶剂，将二乙基锌配成一定浓度的溶液，这种包装操作使用安全方便。
2、1Kg、2kg、5kg、100kg 等不同容量的特制不锈钢瓶包装。此类包装适合于较大使用量的客户，运输储存中安全方便。

风随意 · 发表于 2012-8-2 09:17:03

印度阿三有3艘航空母舰。人家没有看不起病的情况。阿三全面超越中国是时间问题，而我们要改变还需要再一次革命。然后又会落下一大截！最后成为全世界最贫穷的国家！

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 10:17:53

天顶号火箭因历史原因终只能在海射公司不温不火的蹉跎度日，俄国最终会用安加拉取而代之。俄乌两国在解体后航天方面一直是倒拉牛状态，可谓一日不如一日，一年不如一年。据传，乌克兰在苏联解体后的困难时期，有不少先进技术流入美欧日中等国，尤其在库其马总统（曾经的极资深火箭工程师）当政时期与中国关系颇融洽，在航天、航空等方面技术上有明里暗里不少合作……
再爬一下杆，想说的是，据称我们的煤油机技术除自力更生之外，另外的来源是俄国、乌克兰及其它独联体国家等（单一型号上来源最多的可能是rd120）。从张贵田老师的文里知道，90年代中期的中国已基本掌握了富氧分级燃烧技术，并在液氧预压泵方面采用了与RD170相同的富氧燃气驱动涡轮后燃气直接排入液氧主流的流程（RD120亦用）。还有，其点火方式上也与RD170一样用了辅助流体三乙基铝、三乙基硼（RD120亦使用）。再有，现在的YF100在推力方面比RD120大近60%，而与RD170的单室推力相比只小30%多。再有，现在巨型长征九号打算研发500吨大推力煤油机更要采用双大推力室，其单室比RD170单室推力还大30%多……

鉴于以上情况的一个猜想认为在苏联倒下的这段时间里，我们除了完全掌握到RD120技术及工艺之外，也较深入的得到了RD170的技术资料？

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 10:20:48

个人认为对于中国航天新型超大型载具长征九号来讲500吨级（或是650吨级）大推力煤油机用四推力室可能是个好的折中。
一则，世界上对于超过1000万kW/m3高能流密度化学反应在大空间内反应及运作基理还未认识清楚（RD170的四个室总共才不到0.5m3);
二、与YF100及其后续挖潜及改进型号采用一脉相承的技术及材料将大大的有利于降低研发难度，与大双室相比成本将大大降低。
（1）按目前已经验证的技路径，四室机推力室可完全延用现有机型，而若加大推力等级到650时则通过增加单个推室长度来实现（假定室压不做调整），甚至可完全不做调整；
（2）研发双室机，则现有YF100推力室（依据RD120数据，估计其规格应为直径320mm,长1200mm或略长）的直径完全无法满足，而须完全重新设计，其规格会超过RD170推力室（规格为直径380*长1080）之直径规格。这个选择的风险目前无法估计；
（3）采用四室机可有效减少试车（尤其是热试）时间，毕竟涡轮泵的试验在冷试阶段可完成很大部份，而推室则以热试为主，烧掉的煤油可以大大节省。
（4）研发周期大大缩短，这个是人所乐见的

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 10:25:45

多推力室结构在苏联／俄罗斯的发动机上广为使用其实并非偶然，或者说不仅是人所共知的单大推力室研发难度问题所致。

曾看到有文中提到其优点，说它降低了发动机总高，采用泵后摇摆多推力室又省了游机，有利于发展系列机型。多室技术虽避开了单大室不稳定燃烧难题，却又可能出现多室耦合振动及管道振动的问题，这个也是不易解决的。另外，其实多室技术在中国的根基并不深，之前除了游机可能就是以游机为蓝本的YF73，在大推机型上无实践。所以不论是个人推崇的四室，还是可能将来实际研发的双室五百吨机型，都要过这个坎。是无法回避或绕开的。

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 10:30:58

目前已知的500/650吨大推力液氧煤油发动机可能是被设计成了两个预燃室。设计为对称布置，可能是考量有利于对有限结构空间的最大程度利用，另外就是用一个推力室、一个预燃室便能研出推力一半的新机型。自已画了个草图说明（未含预压泵及液体推进剂管路）：

包头大啦嘛 · 发表于 2012-8-2 10:41:29

172288625 发表于 2012-8-2 09:17 ' s* W# @9 ^: O+ o# b) ^
印度阿三有3艘航空母舰。人家没有看不起病的情况。阿三全面超越中国是时间问题，而我们要改变还需要再一次革 ...

曾有在新闻里听到：120吨液氧煤油发动机是……“最大推力发动机”（http://v.ku6.com/show/zRpsmuqwLRJS-jf5.html），更懒、肉麻或故意到连“中国”、“国内”等字眼都不加于前；但此条新闻“不径”而走，成为各报、网竞相转载之题目……。个人认为此种作法有误导大多数国人认为120吨煤油机是世界最大之嫌，亦或是此技者兄台根本无此类新闻之报导之能力而强被亦无此能之某“社”派出的无耐之人……
总之是悲催……！
个人认为现在的大多记者，商业嗅觉是极其敏锐的，却多好大喜功之辈，以赚到眼球为终极目标，鲜有忧国忧民者。悲催的还不是这个，而是曾有的几个有棱角的，现在也和谐的默默无闻了！

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