大火箭长征五号之所以能成为当今中国运载火箭家族的“大力士”，考得就是其芯一、二级所使用的新研制的50吨级和9吨级的两个型号氢氧发动机，以及助推级采用的8台120吨液氧煤油发动机，该型发动机已经在长征六号、长征七号首飞任务中表现完美。

以液氧煤油发动机为主动力的长征五号新一代系列运载火箭，通过不同发动机台数的模块化组合，形成低轨道10～25吨、太阳同步轨道5～15吨、地球同步转移轨道6～13吨的运载能力，与国外最先进的“阿里安5”、“宇宙神5”、“德尔它4”以及正在研制的“安加拉”运载火箭达到同一水平。

火箭上配备的三种全新大推力发动机，分别摘得我国“最大推力液氧煤油发动机”、“最大推力氢氧发动机”和“比冲性能最高的火箭发动机”三个桂冠。

航天发展，运载先行；运载发展，动力先行。被类比为“心脏”的火箭发动机决定着这个火箭究竟能飞多远、能担多重的担子。实际上，早在长征五号运载火箭立项之前，其所使用的液氧煤油、液氢液氧两种大推力火箭发动机的研究就已经在863计划的支持下开展了关键技术研究。

（一）长征五号一级主动力：50吨氢氧发动机

50吨氢氧发动机是我国首台大推力、高性能、地面起动直接入轨的氢氧发动机，由两台独立工作的单机通过机架并联构成，地面推力达100吨。采用燃气发生器动力循环，地面一次启动，具有混合比调节能力，可双向摇摆。由航天科技集团六院自主研制，具有完全自主知识产权、100%国产化，综合性能达到国际先进水平。它的研制成功，填补了我国大推力氢氧发动机空白，使我国液体火箭推进技术的整体水平跨上一个大的台阶。

实现零碳排放

50吨氢氧火箭发动机采用液氢、液氧作为推进剂，燃烧产物为洁净度达99.99%的纯净水，具有绿色、环保、零碳排放等优点，是世界上排放种类最少、最绿色环保的发动机，因此长征五号运载火箭也被成为“绿色火箭”。氢氧发动机的燃烧产物清洁，燃烧稳定，工作振动量级小，可多次启动等突出优势，成为当今世界航天运载器不可替代的动力装置，是火箭先进性的重要体现。

运载效率高

长征五号运载能力的大幅提升也得益于发动机采用氢氧推进剂的高能效。液氢是火箭化学推进剂中能量最高的燃料，氢和氧燃烧所能获得的高空比冲最高能够达到465秒，比现有常规燃料发动机性能提高约50%，是当前已知推进效率最高的化学推进剂火箭发动机。

氢氧推进剂的高能效、产生推力所需燃料少的特性，使火箭运载的推进剂重量大幅减少，对于提高火箭的运载能力具有至关重要的作用，也是长征五号大型火箭采用氢氧发动机作为芯级动力的主要原因之一。

低温之最

50吨氢氧发动机是世界上温度最低的发动机，采用的液氢、液氧推进剂温度分别为零下252度、零下180度，发动机工作前要利用液氢和液氧将发动机各类部件的结构温度预冷至大约零下180度或零下250度，保证液氧和液氢在发动机内部稳定输送。低温条件下要保证发动机各部件按照精准的时序可靠动作，需要解决大量的关键技术，采用特制的低温合金材料，开展特定的低温处理及试验测试，这些都加大了低温发动机的研制难度。

集多项新技术于一身

50吨氢氧发动机超低温、高温、高压等苛刻工况条件下工作的，工作环境恶劣，零部件结构复杂，大量采用了高温合金、低温钛合金等新材料。突破了高压、大热流推力室热防护技术，高性能稳定燃烧氢氧喷注器技术等10大类共43项关键技术。 

（二）长征五号芯二级主动力：9吨级膨胀循环氢氧发动机

作为芯二级主动力发动机，9吨级膨胀循环氢氧发动机采用先进的闭式膨胀循环系统，且可以通过多次启动，助推火箭进入地球转移轨道。发动机工作时间近800秒，是国内工作时间最长的火箭主动力发动机。

膨胀循环氢氧发动机的研制成功，标志着我国上面级氢氧发动机达到了世界先进水平，实现了重大技术跨越。

此次参与首飞的膨胀循环氢氧发动机，区别于传统燃气发生器循环发动机和补燃发动机，不存在燃气发生器以及预燃系统等，避免涡轮烧蚀，发动机固有可靠性高，并容易实现推力和混合比的调节，使用灵活。在工作过程中，其全部推进剂都能无损失地燃烧产生推力，性能高，也因此被业内称为“最优动力循环”。

膨胀循环氢氧发动机为贮箱压力下自身起动，通过建立主动引射系统，对发动机的点火、起动段及主级段进行主动引射。主动引射系统为国内首次研发的大功率引射系统，该系统的研制成功，标志着我国的试验技术水平和能力上了一个台阶。

（三）长征五号助推级：120吨级液氧煤油火箭发动机

液氧煤油发动机是我国单管推力最大、技术最先进、应用前途最广泛的新型动力装置，该发动机的研制，填补了我国补燃循环发动机技术空白，使我国成为继前苏联之后第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家，实现了从常规有毒推进剂开式循环液体推进技术至绿色无毒推进剂闭式循环液体推进技术的巨大跨越。

绿色环保

与现役火箭的有毒推进剂相比，液氧煤油发动机的推进剂不但无毒环保，保护了科研人员的健康，而且具有推进剂来源广泛、价格低廉的优点。   

先进的补燃循环技术

与我国现役火箭发动机的开式循环相比，液氧煤油发动机采用的补燃循环是一种闭式循环，可以使全部推进剂的化学能得到充分释放，提高了发动机的性能。液氧煤油发动机的比冲（在每秒燃烧一千克推进剂的情况下产生的推力）比现役发动机提高15％以上，使运载火箭在飞行时更省“油”。

先进的自身起动技术

类似于飞机的起飞，起动技术是液体火箭发动机的难点和关键。我国以往的发动机需要依靠专门的火药起动器等装置，而液氧煤油发动机通过先进的设计理念，实现了自身起动。就像现在的汽车，一拧钥匙就可以起动，不用象老式的拖拉机需要有人专门去摇上半天。

大范围推力调节技术

为了提高运载火箭的性能和适应性，液氧煤油发动机推力调节范围达到65~105％，如同自动档的汽车，可以实现无级变速。对于载人航天来说，通过推力调节可以有效降低运载火箭飞行中的加速度，提高宇航员的舒适度，降低对宇航员的体能要求，使普通人也有望遨游太空。

先进的高效燃烧技术

在空间很小的腔体内完成推进剂的高效燃烧，是液体火箭发动机技术诀窍。液氧煤油发动机燃烧效率达到98%以上。

高压大功率的涡轮泵技术

涡轮泵是发动机的动力源泉，被称为发动机的心脏。液氧煤油发动机的泵产生的最高压强达到五百个大气压，相当于把上海的海水打到海拔五千米的青藏高原。

多次试车技术

我国现役的火箭发动机为使用一次，发动机的性能只能依靠计算得到，加工质量的偏差在飞行前很难精确评估。液氧煤油发动机具有多次工作的能力，发动机生产出来后可以进行试车考核，通过“磨合”试验后重新校准、检查，合格后方可交付使用，使发动机的精确度和可靠性得到保证。同时，可以在此技术基础上研制重复使用的发动机，使运载火箭像飞机一样往返于天地间。

【采写】南方日报记者 王腾腾 发自文昌

【校对】蓝淑茹