国内首个 亦庄航天获国家科技进步奖
本报讯(融媒体中心 李啸)6月24日上午,2023年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重举行。蓝箭航天作为主要完成单位,其动力研发部、动力制造基地总经理刘磊作为主要完成人的“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目,荣获国家科学技术进步奖二等奖。由此,蓝箭航天成为国内首个在国家最高级别的科技奖励中脱颖而出的民营商业航天企业。
据悉,由国务院设立的国家科学技术奖五大奖项(国家最高科学技术奖、国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖、国际科学技术合作奖)是我国科技界的最高荣誉,具有极高的权威性和影响力。其中,国家科学技术进步奖授予在技术研究、技术开发、技术创新、推广应用先进科学技术成果、促进高新技术产业化,以及完成重大科学技术工程、计划等过程中作出创造性贡献的中国公民和组织。
蓝箭航天有关负责人介绍,此次获奖的项目针对液体火箭、特种船舶和石油化工等高端领域离心泵运行中的复杂多变工况,攻克多项技术瓶颈,实现了液氧甲烷涡轮泵、特种船舶低振动离心泵以及高端石化离心泵的自主可控与国产化开发应用,提升了国内离心泵的整体设计制造技术水平。
其中,蓝箭航天参与主导了高压低温离心泵设计与测试技术的攻关,开发了80吨/10吨级液氧甲烷涡轮泵,并作为唯一高速旋转核心动力部件,装载在蓝箭航天独立自研的天鹊系列液氧甲烷发动机上,为朱雀二号火箭在2023年7月和12月的连续成功发射提供了有力支撑。
“获此荣誉不仅是对蓝箭航天创新能力和技术实力的肯定,也体现了企业以实际行动响应和践行国家战略的责任感和使命感。”蓝箭航天有关负责人表示,蓝箭航天始终聚焦于国家重大战略需求,致力于实现关键核心技术突破,加强“原创性”科技攻关,将率先实现可重复使用液氧甲烷火箭的研制、入轨、回收、复飞,解决“卡脖子”制约技术作为首要目标,为加快形成低成本、高频次的快速发射能力,早日实现火箭航班化运营提供坚实的技术保障和创新动力。
目前,蓝箭航天研制的朱雀二号已成为全球首款且目前唯一连续实现入轨的液氧甲烷火箭。今年1月,蓝箭航天完成朱雀三号可复用火箭首次大型垂直起降飞行试验。据悉,今年7月,蓝箭航天还将实施10公里级的垂直回收飞行试验,迈出可重复使用火箭技术突破的关键性一步,为2025年朱雀三号的首飞及回收试验做好充分准备。
“蓝箭航天的迅速成长离不开北京亦庄的大力支持。”蓝箭航天有关负责人表示,此前,北京亦庄产业升级基金首个项目便投向蓝箭航天,为朱雀二号遥二的成功发射提供了重要助力。同时,“北京火箭大街”商业航天共性科研生产基地的建设、亦庄“商业航天十八条”的发布等,都为企业发展注入了新的动能。
该负责人表示:“接下来,我们将紧扣‘新质生产力’主题,坚持独立自主研发道路,敢于攻坚克难,勇攀科技高峰,打造低成本、大运力的精品火箭,在商业航天这一战略性新兴产业的主阵地上,提升‘硬科技’实力,塑造‘蓝箭样本’。”
确保可重复使用火箭实现0到1的突破
——访蓝箭航天动力研发部总经理刘磊
6月24日,国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行,“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目荣获2023年度国家科学技术进步奖二等奖。蓝箭航天动力研发部总经理刘磊作为项目代表参与了颁奖仪式。该项目取得了哪些技术突破?有何意义?对此,北京经开区融媒体中心对刘磊进行了专访。
2017年开始技术探索
如果说发动机是火箭的“心脏”,那么涡轮泵就是发动机的“心脏”。
作为发动机重要组合件中唯一一个高速旋转类机械,涡轮泵的工作原理与汽车的涡轮增压器类似,利用燃气驱动涡轮旋转带动泵工作,将火箭贮箱中的低压推进剂进行增压,并实时输送给燃气发生器和推力室进行燃烧。
形象地说,涡轮泵的增压功能类似于心脏的泵血效果,但不同的是,涡轮泵的工作强度更为“狂野”。“液体火箭发射几分钟就需要消耗几百吨的燃料,这完全依靠涡轮泵的高速输送。”刘磊介绍,“而且,与工业领域的稳定工作环境不同,液体火箭涡轮泵的结构复杂且运行环境恶劣,且存在内部流动机理不清晰、流体激振难以控制、重复使用可靠性差以及装配测试体系不完善等难题。”
这也意味着,要想确保发动机能够持续稳定托举液体火箭冲向太空,涡轮泵的技术改进成了重中之重。2017年,蓝箭航天启动了天鹊系列液氧甲烷发动机的研制工作,涡轮泵的技术探索也同步推进。刘磊说:“从最开始立项研制天鹊发动机,我们的目标就是为了可重复使用火箭做准备。”
突破多项技术瓶颈
要使得涡轮泵能够满足液体火箭发射需求,就必须解决许多方面的问题。为满足性能和重量的要求,涡轮泵必须在高速下工作,必须具有在高速下满足寿命要求的轴承和密封;此外,泵必须具有高抽吸性能的诱导轮,以减少贮箱的压力和重量。
刘磊带领着蓝箭航天动力研发团队,与浙江理工大学紧密合作,从设计、仿真测试、试验验证等多个环节展开了技术攻关。他回忆道,因为研制初期正值国内商业航天产业起步阶段,行业内对民营商业航天企业的认可度不高,团队也因此常面临难以找到合适的供货商与试验场地的问题。
随着蓝箭航天湖州动力制造基地的投用,蓝箭航天充分发挥自身在动力研发人才及场地等方面的优势,与浙江理工大学形成优势互补。经过多年的技术深耕,团队突破了双低温同轴泵设计、高压比超音速涡轮设计、涡轮泵转子动力设计以及涡轮泵装配测试等技术瓶颈,率先开发出适用于80吨/10吨级液氧甲烷发动机的双低温同轴涡轮泵,实现了在朱雀二号液氧甲烷液体火箭的装载使用。
2023年7月与12月,朱雀二号遥二、遥三液氧甲烷运载火箭分别发射成功,标志着朱雀二号作为全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭,其技术状态成熟度和稳定性得到进一步验证,可靠性达到商业化发射交付要求。朱雀二号的接连升空,充分证明了其发动机使用的双低温同轴涡轮泵各项创新性技术顺利通过了实践考核。
创新只有起点没有终点
此次获奖的“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目,突破了复杂多变工况离心泵的技术瓶颈,实现了液氧甲烷涡轮泵、特种船舶低振动离心泵和高端石化离心泵的自主可控和国产化开发应用,提升了我国离心泵的整体设计制造技术水平,支撑了全球首款液氧甲烷火箭连续成功发射,保障了特种船舶离心泵核心技术自主可控,为大幅降低高端石化离心泵进口比例作出了重大贡献。
其中,蓝箭航天参与主导的高压低温离心泵设计与测试技术攻关,创建了涡轮泵低温弱可压流动预测和高抗空化复合叶轮设计方法,发明了涡轮泵低泄漏可调控动密封系统和高精度装配技术,开创了冷试和模拟飞行状态热试的液氧甲烷涡轮泵试验测试体系。形成的涡轮泵技术也推广应用于低温离心泵等流体机械的研发和设计制造,进一步提升了离心泵行业的技术水平和市场竞争力。
“创新是技术发展的动力,只有起点,没有终点。”刘磊表示。目前,蓝箭航天计划在2025年完成朱雀三号可重复使用火箭的首飞,朱雀三号动力系统也将采用蓝箭航天自主研制的天鹊系列液氧甲烷发动机。“可重复使用火箭要求发动机也需具备可回收性,团队正在对天鹊系列发动机的涡轮泵等各组件进行不断优化,以确保可重复使用火箭早日实现从0到1的突破。” 融媒体中心 李啸