作為航天運(yùn)載火箭的重要組成部分，固體運(yùn)載火箭由于結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、發(fā)射前無須加注推進(jìn)劑、使用維護(hù)簡單、易實現(xiàn)大推力、可長時間儲存等優(yōu)勢，在世界各國航天運(yùn)載技術(shù)發(fā)展中占據(jù)了重要地位，發(fā)揮著重要作用。尤其是近年來小衛(wèi)星市場的蓬勃發(fā)展，以及軍事航天領(lǐng)域?qū)焖龠M(jìn)入空間的迫切需求，使得響應(yīng)快速、機(jī)動性強(qiáng)、成本低的固體運(yùn)載火箭成為世界主要航天大國發(fā)展的重點之一。
固體動力具有先天“基因”優(yōu)勢
機(jī)動性強(qiáng)、反應(yīng)快速，是固體火箭的一大先天優(yōu)勢。火箭發(fā)展，動力先行。火箭要實現(xiàn)快速、可靠發(fā)射，動力系統(tǒng)是關(guān)鍵。固體火箭的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，發(fā)動機(jī)本身就是個推力室，推進(jìn)劑預(yù)裝在燃燒室內(nèi)。“對于龐大的火箭發(fā)射系統(tǒng)而言，零件數(shù)量更少的固體動力系統(tǒng)，在可靠性和機(jī)動性方面顯然有著先天優(yōu)勢。”中國航天科技集團(tuán)四院固體發(fā)動機(jī)專家王健儒指出。
據(jù)王健儒介紹，由于固體推進(jìn)劑預(yù)先裝填進(jìn)發(fā)動機(jī)內(nèi)，固體火箭運(yùn)至發(fā)射場，測試完成后即可實施發(fā)射，無須在發(fā)射場提前多天加注燃料和氧化劑，也不需要大量地面設(shè)備、資源進(jìn)行配合與保障，因而可以縮短發(fā)射準(zhǔn)備周期，確保安全發(fā)射。
個頭雖小，推力恒定，是固體火箭的另一大先天優(yōu)勢。固體推進(jìn)劑的化學(xué)性能穩(wěn)定，不怕泄漏，對儲存的溫濕度以及力學(xué)環(huán)境要求不苛刻，儲存時間和壽命長，燃料本身對發(fā)動機(jī)殼體幾乎沒有腐蝕性，因此固體火箭能滿足應(yīng)急發(fā)射的需要。此外，固體火箭推進(jìn)劑的能量密度高，在相同運(yùn)載能力條件下，火箭可以做得更小、更輕，從而提高運(yùn)輸?shù)撵`活性，降低發(fā)射成本。
正因為集長期儲存、檢測快速、機(jī)動性強(qiáng)、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c于一身，所以固體火箭在機(jī)動應(yīng)急空間發(fā)射載荷方面具有很大的“用武之地”。
分段對接讓固體助推動力倍增
在運(yùn)載火箭領(lǐng)域，固體發(fā)動機(jī)主要作為全固體運(yùn)載火箭的主發(fā)動機(jī)和捆綁式運(yùn)載火箭的助推發(fā)動機(jī)使用。作為快速進(jìn)入空間的主要技術(shù)手段，世界主要航天國家均發(fā)展有成熟的全固體運(yùn)載火箭。此外，固體助推器加液體芯級也是國外典型運(yùn)載火箭動力系統(tǒng)的主要組成方式。目前，在國外捆綁運(yùn)載火箭中，固體助推器占主體地位。
按照燃燒室的結(jié)構(gòu)形式，固體火箭發(fā)動機(jī)分為整體式固體發(fā)動機(jī)和分段式固體發(fā)動機(jī)。其中，全固體四級運(yùn)載火箭已經(jīng)伴隨長征十一號參加了11次飛行，成功將40多顆小衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，同時也開創(chuàng)了我國首次在海上發(fā)射的紀(jì)錄。
“固體發(fā)動機(jī)要真正運(yùn)用到宇航運(yùn)載領(lǐng)域，必須達(dá)到更大的推力才行。”在王健儒看來，分段式固體發(fā)動機(jī)具有推力大、工作時間長、結(jié)構(gòu)尺寸大等特點，是運(yùn)載火箭實現(xiàn)大起飛推力的有效途徑。同時，采用分段技術(shù)，也可大幅降低發(fā)動機(jī)的技術(shù)難度、研制條件難度以及研制成本。
為了實現(xiàn)固體發(fā)動機(jī)大型化，目前國際上普遍使用分段對接技術(shù)，即將燃燒室分成若干段，每段獨立絕熱、澆注，最終通過模塊化組合裝配，實現(xiàn)在有限直徑內(nèi)大裝藥、大推力的需求。
“固體火箭本質(zhì)上就是緩慢燃燒的‘炸藥桶’，一旦分段之間的連接部分出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致燃燒不均勻，從而引發(fā)爆炸。所以，分段式固體火箭的制造組裝極為復(fù)雜困難。”王健儒強(qiáng)調(diào)。
（本報北京3月29日電 本報記者 張蕾 本報通訊員 榮元昭）
