【每日科普】新型运载火箭为何选择固体动力？

▲矗立在发射塔架的长征六号改火箭（孙公明摄）

作为航天运载火箭的重要组成，固体运载火箭具有结构简单、可靠性高、发射前不需要加注推进剂、使用维护简单、易实现大推力、可长时间储存等优势，在世界各国航天运载技术发展中占据了重要地位，发挥着重要作用。尤其是近年来小卫星市场的蓬勃发展，以及军事航天领域对快速进入空间的迫切需求，使得响应快速、机动性强、成本低的固体运载火箭成为世界主要航天大国发展的重点之一。

固体动力具有先天“基因”优势

机动性强，反应快速，是固体火箭的一大先天优势。火箭发展，动力先行。火箭要实现快速、可靠发射，动力系统是关键。固体火箭的动力系统结构相对简单，发动机本身就是个推力室，推进剂预装在燃烧室内。“对于庞大的火箭发射系统而言，零件数量更少的固体动力系统，在可靠性和机动性方面显然有着先天优势。”中国航天科技集团四院固体发动机专家王健儒表示。

据王健儒介绍，由于固体推进剂预先装填进发动机内，固体火箭运至发射场，测试完成后即可实施发射，无须在发射场提前多天加注燃料和氧化剂，也不需要大量地面设备、资源进行配合与保障，因而可以缩短发射准备周期，确保安全发射。

个头虽小，推力恒定，是固体火箭的另一大先天优势。固体推进剂的化学性能稳定，不怕泄漏，对储存的温湿度以及力学环境要求不苛刻，储存时间和寿命长，燃料本身对发动机壳体几乎没有腐蚀性，因此固体火箭能满足应急发射的需要。此外，固体火箭推进剂的能量密度高，在相同运载能力条件下，火箭可以做得更小、更轻，从而提高运输的灵活性，降低发射成本。

正因为集长期储存、检测快速、机动性强、便于运输等特点于一身，所以固体火箭在机动应急空间发射载荷方面具有很大的“用武之地”。

分段对接，让固体助推动力倍增

在运载火箭领域，固体发动机主要作为全固体运载火箭的主发动机和捆绑式运载火箭的助推发动机使用。作为快速进入空间的主要技术手段，世界主要航天国家均发展有成熟的全固体运载火箭。此外，固体助推器加液体芯级也是国外典型运载火箭动力系统的主要组成方式。目前，在国外捆绑运载火箭中，固体助推器占主体地位。

按照燃烧室的结构形式，固体火箭发动机分为整体式固体发动机和分段式固体发动机。其中，全固体四级运载火箭已经伴随长征十一号参加了11次飞行，成功将40多颗小卫星送入预定轨道，同时也开创了我国首次在海上发射的纪录。

“固体发动机要真正运用到航天运载领域，必须达到更大的推力才行。”在王健儒看来，分段式固体发动机具有推力大、工作时间长、结构尺寸大等特点，是运载火箭实现大起飞推力的有效途径。同时，采用分段技术，也可大幅降低发动机的技术难度、研制难度以及研制成本。

为了实现固体发动机大型化，目前国际上普遍使用分段对接技术，即将燃烧室分成若干段，每段独立绝热、浇注，最终通过模块化组合装配，实现在有限直径内大装药、大推力的需求。

“固体火箭本质上就是缓慢燃烧的‘炸药桶’，一旦分段之间的连接部分出现问题，就会导致燃烧不均匀，从而引发爆炸。所以，分段式固体火箭的制造组装极为复杂困难。”王健儒强调。