固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展和面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題①

田維平，王立武，王 偉

(中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司第四研究院，西安 710025)

0 引言

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為導(dǎo)彈武器裝備的動(dòng)力源，直接決定了導(dǎo)彈武器遠(yuǎn)程投送、機(jī)動(dòng)突防的能力，是武器裝備作戰(zhàn)效能發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)，更是推動(dòng)導(dǎo)彈武器升級(jí)換代的核心技術(shù)。與此同時(shí)，隨著太空探索與商業(yè)航天的快速發(fā)展，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也逐步應(yīng)用于航天運(yùn)載與固體助推領(lǐng)域[1-4]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展高度重視，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著設(shè)計(jì)分析、推進(jìn)劑、材料和制造工藝水平的提高，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平得到了快速發(fā)展，為導(dǎo)彈武器和運(yùn)載能力提升奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)固體動(dòng)力技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，固體動(dòng)力技術(shù)跨上新的臺(tái)階，高能、高壓強(qiáng)、碳纖維殼體、高裝填技術(shù)、可變流量固沖發(fā)動(dòng)機(jī)、固體姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)、單室雙推力以及雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)等一大批先進(jìn)技術(shù)得到突破。然而，與美俄等強(qiáng)國(guó)相比仍存在一定差距，主要體現(xiàn)在戰(zhàn)略發(fā)動(dòng)機(jī)的能量水平、質(zhì)量比、免維護(hù)等方面，戰(zhàn)術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、環(huán)境適應(yīng)性等方面，固體運(yùn)載的大型化、低成本、制造能力等方面。因此，面對(duì)未來先進(jìn)武器裝備和宇航運(yùn)載對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，有必要研究未來發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特征，梳理關(guān)鍵技術(shù)，全面提升固體發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及制造水平，為我國(guó)航天事業(yè)的未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

為此，本文從戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航天運(yùn)載固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及超音速高超音速導(dǎo)彈固體組合動(dòng)力四個(gè)領(lǐng)域著手，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展，分析了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展方向，提出了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，并探討了主要解決途徑。

1 國(guó)內(nèi)外固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展

1.1 戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

國(guó)外主要的戰(zhàn)略導(dǎo)彈武器均采用三級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，如美國(guó)三叉戟II-D5、侏儒、民兵-Ⅲ、MX導(dǎo)彈，俄羅斯白楊-M、RS-24，法國(guó)M-51等[5-6]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際比沖可達(dá)到261～301 s，質(zhì)量比可達(dá)到0.93～0.95，主要有如下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)高性能高能推進(jìn)劑廣泛應(yīng)用，采用NEPE和ADN/AlH3推進(jìn)劑，標(biāo)準(zhǔn)比沖達(dá)到255～260 s，常溫延伸率達(dá)到65%～100%，抗拉強(qiáng)度達(dá)到0.7 MPa水平。

(2)高裝填藥柱設(shè)計(jì)逐步采用，裝藥m數(shù)>5，裝填分?jǐn)?shù)大于0.95。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)采用高壓強(qiáng)設(shè)計(jì)和速燃技術(shù)，工作壓強(qiáng)大于10 MPa，主動(dòng)段工作時(shí)間在150 s以內(nèi)。

(4)高性能復(fù)合材料殼體廣泛應(yīng)用，廣泛采用高性能IM-7碳纖維、APMOC有機(jī)纖維殼體材料，抗拉強(qiáng)度大于5500 MPa，彈性模量大于200 GPa。

(5)輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用，采用卡環(huán)連接、網(wǎng)格裙及低密度燒蝕材料等，消極質(zhì)量得到有效降低。

(6)高沖質(zhì)比噴管技術(shù)水平不斷提升，小力矩輕質(zhì)柔性接頭、C/C擴(kuò)張段、多級(jí)延伸噴管、耐燒蝕喉襯等技術(shù)得到可靠應(yīng)用，噴管沖質(zhì)比達(dá)到131 kN·s/kg以上。

1.2 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，國(guó)外主要的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器均使用單級(jí)或兩級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，包括美國(guó)的PAC-3、標(biāo)準(zhǔn)-6，俄羅斯的伊斯坎德爾、S-500，德國(guó)的HFK2000等[7-8]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際比沖可達(dá)245～265 s，發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比達(dá)到0.8～0.92，發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)環(huán)境溫度可達(dá)到-40～+60 ℃，飛行過載40g以上，主要有如下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)推進(jìn)劑種類豐富，發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用丁羥三組元、四組元推進(jìn)劑；在特殊平臺(tái)上，疊氮推進(jìn)劑、高能推進(jìn)劑、低易損推進(jìn)劑等也在逐步應(yīng)用，推進(jìn)劑力學(xué)性能和燃燒性能滿足極端使用條件要求。

(2)采用高性能材料殼體技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)以超高強(qiáng)鋼金屬殼體為主，耐高溫樹脂復(fù)合材料殼體也得到不斷應(yīng)用，金屬殼體材料強(qiáng)度大于1620 MPa，延伸率大于8%，復(fù)合材料纖維強(qiáng)度大于5500 MPa，模量大于200 GPa。

(3)使用超高壓強(qiáng)燃燒室技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)壓強(qiáng)大于20 MPa，燃燒效率得到進(jìn)一步提升。

(4)能量管理技術(shù)得到快速發(fā)展，多脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)、變推力發(fā)動(dòng)機(jī)、固體姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)均得到應(yīng)用，復(fù)合材料軟隔層雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)水平不斷提升，間隔時(shí)間大于200 s，質(zhì)量比大于0.85。

(5)矢量噴管技術(shù)不斷提高，球窩噴管、輕質(zhì)小力矩柔性噴管、珠承噴管得到廣泛應(yīng)用，擺動(dòng)力矩小于1000 N·m，沖質(zhì)比達(dá)到200 kN·s/kg。

1.3 航天運(yùn)載固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)最早是作為導(dǎo)彈武器的動(dòng)力系統(tǒng)，之后隨著航天技術(shù)的進(jìn)步，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在宇航運(yùn)載和深空探測(cè)領(lǐng)域有了更多的應(yīng)用，主要作為全固體運(yùn)載火箭的主發(fā)動(dòng)機(jī)、捆綁式運(yùn)載火箭的助推發(fā)動(dòng)機(jī)等。進(jìn)入21世紀(jì)以來，國(guó)外開展火神、歐米茄、阿里安6、H-3等運(yùn)載火箭的研發(fā)工作，大部分都使用了先進(jìn)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)[3]。當(dāng)前，以P120C為代表的整體式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其技術(shù)水平為直徑3.4 m、裝藥量143 t、推力280 t、質(zhì)量比0.92；以Castor-1200發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的分段式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其技術(shù)水平為直徑3.71 m、分4段、裝藥量500 t、組合推力大于1200 t、工作時(shí)間132 s。航天運(yùn)載與助推固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

(1)采用通用化、模塊化、系列化發(fā)展思路，通過采用成熟技術(shù)，系列化發(fā)展模式，通過模塊化組合，快速構(gòu)建各類運(yùn)載火箭系列。

(2)大型整體式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平不斷提升，通過采用碳纖維復(fù)合材料殼體，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作壓強(qiáng)，質(zhì)量比大于0.92，發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平不斷提升。

(3)大型分段式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由鋼殼體向復(fù)合材料殼體發(fā)展， Castor-600/1200發(fā)動(dòng)機(jī)均采用復(fù)合材料殼體分段對(duì)接技術(shù)，形成了不同運(yùn)載能力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系列。

(4)發(fā)動(dòng)機(jī)朝著低成本化發(fā)展，采用成熟材料、成熟工藝、連續(xù)裝藥、自動(dòng)化制造等措施降低成本。

1.4 超音速高超音速導(dǎo)彈固體組合動(dòng)力

固體組合動(dòng)力是在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，與其他如吸氣、吸水式動(dòng)力相結(jié)合而衍生發(fā)展的一類組合動(dòng)力形式。目前主要包括固體沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、固體超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等技術(shù)，已在歐洲流星、俄羅斯R-77M-PD、美國(guó)T3等導(dǎo)彈上得到應(yīng)用，主要技術(shù)現(xiàn)狀如下：

(1)固體沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(見圖1)已應(yīng)用于導(dǎo)彈武器動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了固體沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)彈機(jī)一體化設(shè)計(jì)，成功合成含硼貧氧推進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)高效二次燃燒組織和大調(diào)節(jié)比固體燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)，以及富氧條件下熱防護(hù)問題，比沖可達(dá)930 s以上。

圖1 固體沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)原理示意圖

(2)水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(見圖2)已應(yīng)用于多個(gè)魚雷武器動(dòng)力系統(tǒng)，俄羅斯、美國(guó)及歐洲較早開展了水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研究，研制了金屬基推進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)了金屬燃料/水高效燃燒，突破了高效供水及調(diào)節(jié)控制技術(shù)，比沖可達(dá)到550 s以上。

圖2 水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)原理示意圖

(3)固體超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(見圖3)處于探索研究階段，開展了固體超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)及性能預(yù)示研究，研制了高性能推進(jìn)劑配方，發(fā)展了超音速條件下固體燃料高效燃燒組織和高效承載/隔防熱一體化方案，完成了自由射流集成驗(yàn)證。

圖3 固體超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)原理示意圖

2 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展方向

瞄準(zhǔn)國(guó)際固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一流技術(shù)水平，適應(yīng)未來先進(jìn)導(dǎo)彈武器和固體運(yùn)載等技術(shù)發(fā)展的需求，我國(guó)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)應(yīng)針對(duì)高性能(含高能)、強(qiáng)適應(yīng)、大型化、組合化與新型動(dòng)力四個(gè)方面持續(xù)開展創(chuàng)新研究，不斷提升固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平，支撐航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)需要實(shí)現(xiàn)高能高性能，通過創(chuàng)新固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理念、持續(xù)研究新型高能推進(jìn)劑和先進(jìn)的功能材料、不斷提升工藝和制造水平，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)能量水平和質(zhì)量比分別實(shí)現(xiàn)305～310 s、0.95，滿足戰(zhàn)略領(lǐng)域?qū)腆w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。

為滿足未來戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平和使用適應(yīng)性需求，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還應(yīng)該具有高性能強(qiáng)適應(yīng)特點(diǎn)，通過采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)分析技術(shù)、推進(jìn)劑以及復(fù)合材料技術(shù)，在提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能同時(shí)，滿足高低溫環(huán)境、大過載、低易損等特殊要求,固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)能量水平和質(zhì)量分別比達(dá)到265 s、0.90。

對(duì)于航天運(yùn)載與助推領(lǐng)域，大型化是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展目標(biāo)。一方面，發(fā)展先進(jìn)整體式大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，突破纖維殼體、大型柔性噴管等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)直徑3.5 m、推力500 t、工作時(shí)間120 s、質(zhì)量比≥0.93，為全固體運(yùn)載火箭提供高性能基礎(chǔ)級(jí)動(dòng)力；另一方面，發(fā)展大型金屬殼體分段式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，突破分段燃燒室對(duì)接、大流量高可靠矢量噴管等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)直徑3.5 m、5段式、推力1500 t、工作時(shí)間120 s、質(zhì)量比0.86，為重型運(yùn)載火箭提供高可靠助推動(dòng)力[9-10]。

與此同時(shí)，在組合與新型動(dòng)力方面，應(yīng)以固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，繼續(xù)深化發(fā)展研究固體組合動(dòng)力技術(shù)，推動(dòng)固體組合動(dòng)力向長(zhǎng)航時(shí)、大型化、高超聲速、寬域和跨介質(zhì)等方向發(fā)展，發(fā)展具備Ma=2～10、千秒級(jí)長(zhǎng)航時(shí)及空水跨介質(zhì)工作的高性能固體組合動(dòng)力，支撐未來先進(jìn)超聲速、高超聲速及智能化武器裝備的發(fā)展。

3 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

3.1 戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

針對(duì)戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，為實(shí)現(xiàn)高能高性能，需要解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題：

(1)開展新型高能推進(jìn)劑的應(yīng)用與研究：降低推進(jìn)劑燃速、穩(wěn)定力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)新型高能推進(jìn)劑工程化應(yīng)用；突破AlH3的高效低成本規(guī)模化制備和降感應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，提升更高能量的新型推進(jìn)劑綜合性能，滿足實(shí)用化需求。

(2)不斷提升復(fù)合材料殼體的生產(chǎn)效率：突破高強(qiáng)、高韌、耐高溫樹脂配方技術(shù)，改進(jìn)完善固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體成型與固化工藝，不斷提高固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的PV/W水平。

(3)實(shí)現(xiàn)更高藥重比燃燒室技術(shù)：通過進(jìn)一步提高推進(jìn)劑力學(xué)性能，采用高(滿)裝填藥柱設(shè)計(jì)技術(shù)，優(yōu)化人脫結(jié)構(gòu)，采用加壓固化工藝，研究新型輕質(zhì)耐燒蝕材料，強(qiáng)化防脫粘技術(shù)研究，滿足固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高質(zhì)量比的要求。

(4)進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)噴管沖質(zhì)比：突破C/C擴(kuò)張段噴管設(shè)計(jì)、材料、工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用；在大幅增加發(fā)動(dòng)機(jī)延伸噴管增益比的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多級(jí)延伸噴管的工程化應(yīng)用；發(fā)展超音速分離線噴管技術(shù)，大幅降低發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擺動(dòng)力矩；創(chuàng)新柔性接頭生產(chǎn)工藝，提高柔性接頭工作可靠性和壽命。

(5)建立“六性”研究方法規(guī)范：圍繞固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命使用周期，開展固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、安全性、維修性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性、測(cè)試性的研究方法研究，建立科學(xué)的研究流程和規(guī)范。

(6)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命評(píng)估與健康監(jiān)測(cè)研究：基于信息和人工智能技術(shù)的發(fā)展，開展發(fā)動(dòng)機(jī)壽命評(píng)估與健康監(jiān)測(cè)方法的研究，建立科學(xué)規(guī)范的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命評(píng)估與健康監(jiān)測(cè)體系。

(7)制訂固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能提升專項(xiàng)計(jì)劃：為保證固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平持續(xù)不斷發(fā)展，滿足未來導(dǎo)彈武器和航天運(yùn)載的需求，應(yīng)制訂保證固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的專項(xiàng)研究計(jì)劃，組織開展基礎(chǔ)研究。

3.2 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

為滿足戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高性能強(qiáng)適應(yīng)需求，需要解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題：

(1)發(fā)展高綜合性能推進(jìn)劑技術(shù)：實(shí)現(xiàn)低燃速、低易損、適應(yīng)寬溫度范圍、高壓強(qiáng)工作條件的高性能推進(jìn)劑。

(2)提高超高壓強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性：研究超高壓強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作機(jī)理和特性，分析點(diǎn)火、燃燒、流動(dòng)、結(jié)構(gòu)工作協(xié)調(diào)性和匹配性，提高其工作可靠性。

(3)開展適應(yīng)寬溫域高裝填的發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性研究：分析推進(jìn)劑在寬溫域條件下的力學(xué)特性和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)匹配性，解決發(fā)動(dòng)機(jī)在高低溫極端工作條件下的藥柱結(jié)構(gòu)完整性問題。

(4)進(jìn)一步提升雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平：加強(qiáng)彈機(jī)一體化聯(lián)合設(shè)計(jì)，優(yōu)化兩級(jí)脈沖能量特性，解決兩次脈沖可靠點(diǎn)火、燃燒室絕熱燒蝕、噴管二次熱沖擊等核心技術(shù)，提升發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量比。

(5)強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒研究：深化發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒機(jī)理分析，開展高性能發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒抑制方法研究，解決高性能固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在過載條件下的不穩(wěn)定燃燒問題。

(6)開展低易損發(fā)動(dòng)機(jī)研究：開展高性能低易損性推進(jìn)劑研究，解決低易損配方、殼體主被動(dòng)防護(hù)、低易損安全性評(píng)估體系等核心技術(shù)，開展低易損固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制，滿足特定平臺(tái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)低易損性的要求。

3.3 航天運(yùn)載固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

為滿足全固體運(yùn)載火箭及重型運(yùn)載火箭的使用要求，實(shí)現(xiàn)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的大型化，需要解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題：

(1)大型復(fù)合材料殼體設(shè)計(jì)與制造工藝技術(shù)：開展大直徑復(fù)合材料殼體與工藝一體化研究，解決大開口封頭補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)、復(fù)合材料一體纏繞裙技術(shù)，實(shí)現(xiàn)直徑3.5 m，PV/W≥45 km。

(2)復(fù)合材料殼體分段對(duì)接技術(shù)：解決復(fù)合材料殼體連接部位補(bǔ)強(qiáng)、薄壁大開口變形控制、連接密封技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分段式殼體直徑3.5 m，分段數(shù)≥3。

(3)大尺寸柔性噴管核心部組件制造技術(shù)：突破噴管中空編織C/C喉襯自動(dòng)化制備、大尺寸RTM擴(kuò)張段制造、大尺寸柔性接頭制備、柔性噴管自動(dòng)化裝配與檢測(cè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)喉徑≥1400 mm、出口直徑≥3000 mm。

(4)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)裝藥技術(shù)：實(shí)現(xiàn)單臺(tái)裝藥量≥600 t燃燒室的連續(xù)裝藥、無損檢測(cè)技術(shù)，滿足大型固體助推發(fā)動(dòng)機(jī)多臺(tái)同步裝藥的要求。

(5)低成本潔凈推進(jìn)劑技術(shù)：重點(diǎn)解決低成本潔凈推進(jìn)劑配方、關(guān)鍵原材料的低成本制備、推進(jìn)劑低成本制造工藝等問題，實(shí)現(xiàn)成本與現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比降低30%，大幅度降低有害氣體含量。

(6)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠熱防護(hù)技術(shù)：開展新型燃燒室絕熱材料與成型工藝研究、噴管長(zhǎng)時(shí)間下熱結(jié)構(gòu)梯度化設(shè)計(jì)與精細(xì)化仿真研究、核心熱結(jié)構(gòu)件的性能表征方法研究等，解決大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠熱防護(hù)技術(shù)問題。

(7)開展大型分段式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)穩(wěn)定性研究：開展分段式燃燒室流動(dòng)與結(jié)構(gòu)一體化匹配性設(shè)計(jì)、基于大渦模擬的內(nèi)流場(chǎng)穩(wěn)定性仿真、流動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等研究，確保工作過程燃燒穩(wěn)定。

(8)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)模塊化、系列化、組合化發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)：基于現(xiàn)有固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)直徑系列和推力覆蓋范圍和在研整體式、分段式大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，通過運(yùn)載火箭芯級(jí)動(dòng)力和助推動(dòng)力的模塊化和優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭能力的最大覆蓋和拓展。

3.4 固體組合動(dòng)力面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

在固體組合動(dòng)力方面，需解決如下關(guān)鍵技術(shù)問題：

(1)高速固體火箭亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)：在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)工作包線和工作時(shí)間拓展兩大方向，將發(fā)動(dòng)機(jī)工作的速度上限提高至Ma=5以上，工作時(shí)間拓展至千秒級(jí)，滿足未來智能導(dǎo)彈對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)提出的快速響應(yīng)、長(zhǎng)時(shí)間滯空、寬域靈活調(diào)節(jié)等需求。

(2)固體火箭超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)：開展固體燃料高效儲(chǔ)能與超音速燃燒、密相輸運(yùn)、主被動(dòng)復(fù)合熱防護(hù)等重大基礎(chǔ)研究，加速推進(jìn)固體燃料配方、長(zhǎng)航時(shí)供給與調(diào)節(jié)、超音速燃燒組織、燃燒室高效承載/防熱一體化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)突破，支撐未來高超聲速導(dǎo)彈武器的發(fā)展(單項(xiàng)試驗(yàn)見圖4)。

圖4 直連續(xù)航試驗(yàn)示意圖

(3)水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)：開展長(zhǎng)時(shí)間工作水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與水下超空泡航行器匹配設(shè)計(jì)技術(shù)研究，突破高能金屬基推進(jìn)劑配方與摻混燃燒組織、高效供水與調(diào)控、一次燃?xì)飧咝娚涞群诵募夹g(shù)，以適應(yīng)未來水下超空泡航行器對(duì)先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的需求。

(4)跨介質(zhì)組合動(dòng)力技術(shù)： 探索固體組合動(dòng)力工作和能量轉(zhuǎn)化新模式，開展粉末燃料配方、粉末輸運(yùn)和流量調(diào)節(jié)、多氧化環(huán)境下粉末燃料高效燃燒組織、多模態(tài)轉(zhuǎn)換與調(diào)控等技術(shù)研究，支撐未來固體組合動(dòng)力技術(shù)的跨越發(fā)展，滿足未來智能化戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中，武器裝備全時(shí)、全域、跨介質(zhì)工作的能力需求。

4 結(jié)論

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步是導(dǎo)彈武器、航天運(yùn)載系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)從無到有，通過自主創(chuàng)新，技術(shù)水平快速發(fā)展，有力支撐了我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展。面對(duì)未來先進(jìn)武器裝備和航天運(yùn)載對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的需求和建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)要求，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還需要不斷的創(chuàng)新發(fā)展，解決面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，為我國(guó)導(dǎo)彈武器和航天運(yùn)載事業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。