

我国商用火箭发动机燃油泵盘点与简评
航天发展,动力先行。
运载火箭是目前和可预见未来人类进入太空的唯一载具,而发动机是运载火箭的动力来源。因此,发动机的研制和生产,可以决定国家开发利用太空能力的能力上限。
自2014年向社会力量开放航天业务起,我国商业航天发展逐渐加快、行业重要性不断提升。“商业航天”在2024和2025连续两年在全国两会被写入政府工作报告;2026年,“十五五”规划纲要更是将航空航天列为战略性新兴产业。
在国家政策指引和在市场需求引领下,近年我国部分国有和民营企业开展了商用液体火箭发动机的研制,并取得一定成果。这些产品以重复使用为功能导向、以燃料清洁为明显特征、以供应链社会化为主要降本抓手,力求成为国产新一代商用运载火箭的心脏。
截至目前,这些发动机性能和研发进度如何?从产业角度应该怎样评价?本文将简要探讨。
火箭发动机,极度简化之后,可以视作由两部分组成:燃料泵和推力室。
燃料泵将贮箱中的氧化剂(例如液氧)和还原剂(例如煤油、液态甲烷、液氢)泵入推力室。氧化剂和还原剂在推力室内剧烈燃烧,产生推力。绝大多数火箭发动机的燃料泵由小型涡轮发动机驱动,也会消耗一部分燃料。
基于燃料泵和推力室的不同组合,常见商用火箭发动机可分为以下几类:
开式循环:燃料泵和推力室各自工作,泵的尾气直接外排。这类发动机结构简单,研制难度较低,也能够实现较大推力,是国内外新兴航天企业入行的优选产品;其缺点是为了降低燃气温度以保护涡轮,燃料泵一般处于富燃工况,会浪费部分燃料,影响发动机整体效率。
高压补燃循环:将泵的排气接入推力室再次燃烧。其燃料利用更加充分,研制难度也有所提高。
全流量补燃循环:高压补燃循环的升级版,为氧化剂和还原剂安装不同的燃料泵,氧化剂泵富氧燃烧,还原剂泵富燃燃烧。这一组合能够实现更加精细的控制,其理论效率上限最高,但研制难度也最大。目前,全球仅有美国SpaceX猛禽一个型号进行过完整飞行试验。
电泵循环:燃料泵改由电力驱动。这类发动机结构简单、易于控制、成本较低,但存在电池死重问题,且受限于电池能量密度,目前总推力只能达到10吨左右,仅足够小型火箭使用。
上表体现了我国商用火箭发动机几个特点:
一、数量多、种类全,为我国商业航天发展奠定了坚实动力基础
表上列出的36款发动机,推力范围从数吨延续到数百吨,足够适配目前所有类型运载火箭 - 从运力几百千克的小型火箭,到运力过百吨的重型火箭;燃料路线上,煤油和甲烷两种国际主流燃料都有采用;发动机结构上,开式循环、高压补燃循环、全流量补燃循环、电泵等循环方式全部涉及。
这种全面覆盖,为下游的运载火箭提供了充足的配套选择,也保障了全行业大规模进入太空的能力 - 动力企业众多、型号路径多样,总会赛出良马。
截至目前,推力百吨级发动机已经投入使用,推力超过200吨的大推力发动机已经开展全系统试车。我国商用发动机水平仅次于美国而稳居世界第二,大幅领先于其他选手。
二、参数“扎堆”明显,后期或需留意部分产能过剩
我国商用航天发动机虽然型号众多,但参数指标并未平均分布,而是存在一定“扎堆”现象。以最重要的推力为例,3/4的发动机聚集在0 - 120吨之间,对应火箭入轨运力在20吨以内。
推力较小的发动机易于研制。考虑到我国多数企业刚刚涉足这一领域,选择偏向保守也可以理解。但市场在快速变化,以美国为例,当前主力载具是入轨载荷20吨左右的猎鹰9号,但未来3年左右时间内,可预见新格伦、星舰等运力超过50吨的更大型火箭将逐渐成为主流。
作为应对,我国也迫切期待获得更加强大的载具。在这样的背景下,大推力发动机将更受市场和政策欢迎。推力百吨以内产品,届时或许将数量过剩。
三、产品有待充分检验
我国虽然发动机型号众多,但配套火箭当中只有少数通过了飞行试验。一些发动机经过4、5年时间仍处于研制阶段。这提示动力业务发展壮大,离不开下游火箭乃至更下游的卫星、应用等环节牵引,同时也意味着我国发动机产品集群尚未经受全面考查,其真实表现有待检验。
三位一体统筹研发
商业航天与传统航天的一大区别,是研制方不仅要解决技术问题,还须获取营收实现造血,而这一切又不能脱离自身资源(资金、人才、时间、政策等等)。商用发动机研制也是如此。
除了前文已经列举的潜在薄弱环节,本次梳理还反映出,如果发动机研制企业资金和人才资源较为雄厚、型号拥有明确且实力强劲的火箭客户(无论内部还是外部),那么产品研发进度和性能表现都比较理想。
因此,商用火箭发动机研制必须告别传统体制内“技术为王”的思路,而是坚持技术、资源和市场三位一体统筹考虑,以长期主义的耐心,方能在磨砺中脱颖而出。
Jiangsu Haifa Machinery Manufacturing Co., Ltd. was restructured from the former Jiangsu LIGONG Group Co., Ltd. and the Jingjiang Stainless Steel Pump & Valve Factory of the Iron & Steel Research Institute under the Ministry of Metallurgical Industry.
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