進(jìn)擊的龍吟 - 我國商用火箭發(fā)動機(jī)盤點(diǎn)與簡評

Space Day of China

航天發(fā)展，動力先行。

運(yùn)載火箭是目前和可預(yù)見未來人類進(jìn)入太空的唯一載具，而發(fā)動機(jī)是運(yùn)載火箭的動力來源。因此，發(fā)動機(jī)的研制和生產(chǎn)，可以決定國家開發(fā)利用太空能力的能力上限。

自2014年向社會力量開放航天業(yè)務(wù)起，我國商業(yè)航天發(fā)展逐漸加快、行業(yè)重要性不斷提升。“商業(yè)航天”在2024和2025連續(xù)兩年在全國兩會被寫入政府工作報(bào)告；2026年，“十五五”規(guī)劃綱要更是將航空航天列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

在國家政策指引和在市場需求引領(lǐng)下，近年我國部分國有和民營企業(yè)開展了商用液體火箭發(fā)動機(jī)的研制，并取得一定成果。這些產(chǎn)品以重復(fù)使用為功能導(dǎo)向、以燃料清潔為明顯特征、以供應(yīng)鏈社會化為主要降本抓手，力求成為國產(chǎn)新一代商用運(yùn)載火箭的心臟。

截至目前，這些發(fā)動機(jī)性能和研發(fā)進(jìn)度如何？從產(chǎn)業(yè)角度應(yīng)該怎樣評價(jià)？本文將簡要探討。

圖：藍(lán)箭航天的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線。

簡要背景：火箭發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和分類

火箭發(fā)動機(jī)，極度簡化之后，可以視作由兩部分組成：燃料泵和推力室。

燃料泵將貯箱中的氧化劑（例如液氧）和還原劑（例如煤油、液態(tài)甲烷、液氫）泵入推力室。氧化劑和還原劑在推力室內(nèi)劇烈燃燒，產(chǎn)生推力。絕大多數(shù)火箭發(fā)動機(jī)的燃料泵由小型渦輪發(fā)動機(jī)驅(qū)動，也會消耗一部分燃料。

基于燃料泵和推力室的不同組合，常見商用火箭發(fā)動機(jī)可分為以下幾類：

開式循環(huán)：燃料泵和推力室各自工作，泵的尾氣直接外排。這類發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，研制難度較低，也能夠?qū)崿F(xiàn)較大推力，是國內(nèi)外新興航天企業(yè)入行的優(yōu)選產(chǎn)品；其缺點(diǎn)是為了降低燃?xì)鉁囟纫员Ｗo(hù)渦輪，燃料泵一般處于富燃工況，會浪費(fèi)部分燃料，影響發(fā)動機(jī)整體效率。

高壓補(bǔ)燃循環(huán)：將泵的排氣接入推力室再次燃燒。其燃料利用更加充分，研制難度也有所提高。

全流量補(bǔ)燃循環(huán)：高壓補(bǔ)燃循環(huán)的升級版，為氧化劑和還原劑安裝不同的燃料泵，氧化劑泵富氧燃燒，還原劑泵富燃燃燒。這一組合能夠?qū)崿F(xiàn)更加精細(xì)的控制，其理論效率上限最高，但研制難度也最大。目前，全球僅有美國SpaceX猛禽一個型號進(jìn)行過完整飛行試驗(yàn)。

電泵循環(huán)：燃料泵改由電力驅(qū)動。這類發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、成本較低，但存在電池死重問題，且受限于電池能量密度，目前總推力只能達(dá)到10噸左右，僅足夠小型火箭使用。

此外，還有部分型號混合使用多種循環(huán)方式，不再展開贅述。

盤點(diǎn)：東方龍吟，我國商用火箭發(fā)動機(jī)

據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，目前我國已有至少36款商用火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研發(fā)或者交付使用。這些發(fā)動機(jī)一部分由火箭公司作為動力配套自行研制，一部分由專門的航天動力企業(yè)開發(fā)并出售。

36款發(fā)動機(jī)匯總?cè)缦拢?/strong>

簡評：在磨礪中進(jìn)擊

上表體現(xiàn)了我國商用火箭發(fā)動機(jī)幾個特點(diǎn)：

一、數(shù)量多、種類全，為我國商業(yè)航天發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)動力基礎(chǔ)

表上列出的36款發(fā)動機(jī)，推力范圍從數(shù)噸延續(xù)到數(shù)百噸，足夠適配目前所有類型運(yùn)載火箭 - 從運(yùn)力幾百千克的小型火箭，到運(yùn)力過百噸的重型火箭；燃料路線上，煤油和甲烷兩種國際主流燃料都有采用；發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)上，開式循環(huán)、高壓補(bǔ)燃循環(huán)、全流量補(bǔ)燃循環(huán)、電泵等循環(huán)方式全部涉及。

這種全面覆蓋，為下游的運(yùn)載火箭提供了充足的配套選擇，也保障了全行業(yè)大規(guī)模進(jìn)入太空的能力 - 動力企業(yè)眾多、型號路徑多樣，總會賽出良馬。

截至目前，推力百噸級發(fā)動機(jī)已經(jīng)投入使用，推力超過200噸的大推力發(fā)動機(jī)已經(jīng)開展全系統(tǒng)試車。我國商用發(fā)動機(jī)水平僅次于美國而穩(wěn)居世界第二，大幅領(lǐng)先于其他選手。

圖：位于廣州的中科宇航液態(tài)動力系統(tǒng)試驗(yàn)中心。近年來，為了加快試驗(yàn)和交付步伐，我國很多新興航天企業(yè)都自建或者共建發(fā)動機(jī)試車臺。

Space Day of China

二、參數(shù)“扎堆”明顯，后期或需留意部分產(chǎn)能過剩

我國商用航天發(fā)動機(jī)雖然型號眾多，但參數(shù)指標(biāo)并未平均分布，而是存在一定“扎堆”現(xiàn)象。以最重要的推力為例，3/4的發(fā)動機(jī)聚集在0 - 120噸之間，對應(yīng)火箭入軌運(yùn)力在20噸以內(nèi)。

推力較小的發(fā)動機(jī)易于研制?？紤]到我國多數(shù)企業(yè)剛剛涉足這一領(lǐng)域，選擇偏向保守也可以理解。但市場在快速變化，以美國為例，當(dāng)前主力載具是入軌載荷20噸左右的獵鷹9號，但未來3年左右時(shí)間內(nèi)，可預(yù)見新格倫、星艦等運(yùn)力超過50噸的更大型火箭將逐漸成為主流。

作為應(yīng)對，我國也迫切期待獲得更加強(qiáng)大的載具。在這樣的背景下，大推力發(fā)動機(jī)將更受市場和政策歡迎。推力百噸以內(nèi)產(chǎn)品，屆時(shí)或許將數(shù)量過剩。

Space Day of China

三、產(chǎn)品有待充分檢驗(yàn)

我國雖然發(fā)動機(jī)型號眾多，但配套火箭當(dāng)中只有少數(shù)通過了飛行試驗(yàn)。一些發(fā)動機(jī)經(jīng)過4、5年時(shí)間仍處于研制階段。這提示動力業(yè)務(wù)發(fā)展壯大，離不開下游火箭乃至更下游的衛(wèi)星、應(yīng)用等環(huán)節(jié)牽引，同時(shí)也意味著我國發(fā)動機(jī)產(chǎn)品集群尚未經(jīng)受全面考查，其真實(shí)表現(xiàn)有待檢驗(yàn)。

圖：試車中的星際榮耀焦點(diǎn)二號發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)型號從研制到首飛，一般要經(jīng)歷累計(jì)長達(dá)數(shù)萬秒的試車。

Space Day of China

建議：堅(jiān)持技術(shù)、資源和市場

三位一體統(tǒng)籌研發(fā)

商業(yè)航天與傳統(tǒng)航天的一大區(qū)別，是研制方不僅要解決技術(shù)問題，還須獲取營收實(shí)現(xiàn)造血，而這一切又不能脫離自身資源（資金、人才、時(shí)間、政策等等）。商用發(fā)動機(jī)研制也是如此。

除了前文已經(jīng)列舉的潛在薄弱環(huán)節(jié)，本次梳理還反映出，如果發(fā)動機(jī)研制企業(yè)資金和人才資源較為雄厚、型號擁有明確且實(shí)力強(qiáng)勁的火箭客戶（無論內(nèi)部還是外部），那么產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度和性能表現(xiàn)都比較理想。

因此，商用火箭發(fā)動機(jī)研制必須告別傳統(tǒng)體制內(nèi)“技術(shù)為王”的思路，而是堅(jiān)持技術(shù)、資源和市場三位一體統(tǒng)籌考慮，以長期主義的耐心，方能在磨礪中脫穎而出。

圖：安裝了9臺發(fā)動機(jī)的天兵科技天龍三號運(yùn)載火箭。