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“长征五号”采用上海技术“点火”
发布时间:2016-11-22
11月3日,我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空。4日,中科院上海有机化学研究所收到中国航天六院11所贺信,贺信中说:“贵单位研制的点火剂为长征五号运载火箭发动机(液氧煤油高压补燃发动机)的顺利研制奠定了坚实基础。”

  据上海有机所研究员杨军介绍,液氧煤油点火剂是航天用液氧/煤油高压补燃发动机用关键材料之一,而此次长征五号发射采用了4台液氧煤油与1台液氢液氧发动机组合作为一级发动机。由于长征五、六、七号运载火箭均应用了新型绿色环保的液氧/煤油的双组元推进剂,替换了此前所用的有毒的“一甲基肼/四氧化二氮”推进剂,在提高发动机动力的同时也带来了推进剂不能自燃点火的问题。研制以三乙基硼为主的点火剂的课题由此提出,因为三乙基硼与液氧相遇可以迅速自燃,所形成的火焰及高温可进一步带动发动机主要燃料煤油与氧化剂-液氧的混合燃烧,使4台液氧煤油发动机稳定工作。

  上世纪60年代上海有机所就开始研究有机硼化学,从而积累了有机硼化学研究的坚实基础。1995年,上海有机所以国家使命为己任,承接了火箭发动机点火剂研制任务。在邓敏智研究员的带领下,研究团队克服国外技术封锁造成的困难,首先设计了一套专用的反应器与一套专用的纯化装置,完成了新型点火剂的百克级制备、灌装与贮运技术,提前实现了点火剂的供货。

  此后,在张高益、吕诚炎、郑玉梅、杜恒、杨军、严政军、王琳、刘煜等科研人员配合下,经过200余次的反应与生产工艺条件优化试验,先后突破了百克级、公斤级、十公斤级和百公斤级点火剂的安全合成、纯化、制配与灌装的关键技术,最终获得了合成收率高、工艺较安全、纯度高的点火剂技术及产品。著名液体火箭发动机专家张贵田院士在项目验收会上评价说:“液氧煤油发动机的顺利研制,上海有机所功不可没。”

  以三乙基硼为主的点火剂是一种危险化学品,其遇氧燃烧、遇水易爆,在研制与生产过程中安全隐患很大。研制过程中,点火剂的“跑、冒、滴、漏”都会使整体装置处在危险的火苗、火焰之中,而反应体系“倒吸”则有可能引发爆炸。在特种防爆实验室中,科研人员利用简陋的实验条件,通过娴熟的实验技能不断地优化反应条件,发现并逐个消除试验过程中的隐患,一步一步把反应的工艺条件优化至成熟。尽管如此,试验中仍常有小的意外发生,有一次,一位新职工在合成点火剂时,反应瓶中点火剂因蒸汽压过高而冲开密封管,试验装置上方当即形成一个大火球。邓敏智研究员来不及拿出防火毯,也来不及带上手套,用两只手握住泄漏的密封管。火苗被压下了,实验装置保住了,但邓敏智研究员的右手被严重烧伤。

  目前,杨军研究员与课题组同事还在继续研究更大推力的新型火箭发动机的点火剂及相应点火技术,为研制更高性能火箭发动机提供新技术与新材料。(作者 王阳)
 

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