文//欣 之

同空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是：它自身既帶燃料，又帶氧化劑，靠氧化劑來(lái)助燃，不需要從周圍的大氣層中汲取氧氣。所以它不但能在大氣層內(nèi)，也可在大氣層之外的宇宙真空中工作。這是任何空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)都做不到的。

1950年代，美國(guó)研制成功氧化氫和聚乙烯作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的混合推進(jìn)劑。1964年法國(guó)首先發(fā)射成功采用混合推進(jìn)劑為動(dòng)力的氣象火箭。我國(guó)“長(zhǎng)征一號(hào)D”運(yùn)載火箭第一級(jí)、第二級(jí)用液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，第三級(jí)用固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，也是采用混合推進(jìn)劑。

液體燃燒劑常用“肼”(H2NNH2)。肼是一類含氮的化合物，是一種有毒、有腐蝕性的油狀液體。歐洲的“阿里安”運(yùn)載火箭，我國(guó)的“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭的第一、第二級(jí)燃料多數(shù)采用偏二甲肼和四氧化二氮的“二元推進(jìn)劑”。但偏二甲肼毒性較大，損害人體的肝臟。尤其是四氧化二氮/偏二甲肼的燃燒產(chǎn)物，對(duì)人體損害更大，并嚴(yán)重污染環(huán)境，在灌注操作中非常危險(xiǎn)。另外偏二甲肼有腐蝕性，一旦錯(cuò)過(guò)了火箭發(fā)射的“氣象時(shí)間窗”一段時(shí)間后，就必須更換火箭箭體。偏二甲肼也是目前世界上最普遍使用的火箭燃料。

低溫液體推進(jìn)劑的技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家航天技術(shù)先進(jìn)的標(biāo)志之一。我國(guó)的“長(zhǎng)征”3號(hào)運(yùn)載火箭第三級(jí)就采用液態(tài)氫、液態(tài)氧為推進(jìn)劑的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，成為世界上第三個(gè)掌握控制液態(tài)氫技術(shù)的國(guó)家。氫是所有元素中最活潑的，要控制好液氫燃燒的難度極高。所以液態(tài)氫一般不作為第一、二級(jí)火箭的燃料來(lái)使用，避免低空發(fā)射時(shí)爆炸的事故。多用作高空航行中高能末級(jí)火箭推進(jìn)劑。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為使用固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。固體推進(jìn)劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

我國(guó)正在研制新一代無(wú)污染、大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)：120噸推力液氧煤油常溫發(fā)動(dòng)機(jī)和50噸推力液氫液氧低溫發(fā)動(dòng)機(jī)。120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)具有推力大，比沖高的特點(diǎn)，在2006年7月3日完成600秒試車試驗(yàn)。50噸液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)具有無(wú)污染、高性能的優(yōu)點(diǎn)，在2006年1月15日完成200秒試車。

采用新型燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。第一，煤油作為常溫推進(jìn)劑，使用極為方便、安全性好，而甲烷、丙烷、液氫是低溫推進(jìn)劑，不好貯存，運(yùn)輸、加注和操作都不方便，泄漏后易起火爆炸；第二，煤油價(jià)格便宜，每千克煤油的價(jià)格只有偏二甲肼的1/30，可以較大幅度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成本和運(yùn)載火箭的發(fā)射費(fèi)用。發(fā)射一顆20噸重的低軌道衛(wèi)星，如用四氧化二氮/偏二甲肼組成的二級(jí)半方案，推進(jìn)劑費(fèi)需3000萬(wàn)元，而用全液氧/煤油方案只需100萬(wàn)元；第三，液氧/煤油組合密度比沖高，是理想的助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料；第四，我國(guó)煤油資源豐富、貯量極大，可滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)的需要；最后，使用液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)可完全消除四氧化二氮/偏二甲胼有毒且污染環(huán)境的嚴(yán)重不足。

發(fā)射嫦娥三號(hào)的長(zhǎng)征三號(hào)是三級(jí)捆綁式液體運(yùn)載火箭，助推器和子一級(jí)、子二級(jí)使用四氧化二氮/偏二甲肼推進(jìn)劑，子三級(jí)使用低溫液氧液氫推進(jìn)劑。

低溫液氧液氫推進(jìn)劑性能更好，但是價(jià)格昂貴，儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注、發(fā)動(dòng)機(jī)制造都要求更高，各項(xiàng)技術(shù)都在不斷攻關(guān)中。四氧化二氮/偏二甲肼則是一種很成熟的推進(jìn)劑了，配套的設(shè)備、管理、技術(shù)都很完善，用起來(lái)安全放心。