揭秘|深蓝航天液氧煤油可重复使用发动机“雷霆-R1”长程试车纪实

近日，深蓝航天20吨级“雷霆-R1”可复用发动机(Thunder Reusable 1)成功点火试车，最长单次工作时长达90秒，呈雷霆万钧之势。此轮次试验使用同一台发动机整机产品，共计进行了5次点火测试，累计试车138秒，每一次发动机均工作平稳、启动和关机正常；标志着雷霆-R1发动机首轮系列试车取得圆满成功。本次全系统试车验证了雷霆-R1发动机技术方案正确性和全系统工作的协调性，是重复使用火箭发动机的重要技术突破。

“雷霆-R1”发动机试车纪录片

雷霆-R1发动机是深蓝航天研制的推力20吨级液氧煤油火箭发动机，将会以9机并联的方式用于深蓝航天首枚入轨级可回收运载火箭“星云1号”的一子级，并将在未来进行技术迭代和升级，快速提升发动机的推力性能达到35-40吨量级。

“星云1号”运载火箭的起飞推力达130吨以上，近地轨道运载能力可达2吨左右，并且在远期有重复使用50次的设计目标，计划在2023年底具备入轨发射能力。

技术一脉相承，实现低成本、高可靠的快速技术迭代

本次试车距离深蓝航天5月6日成功进行的“星云-M”试验箭1公里级VTVL垂直起降试验仅仅过去了不到两个月。深蓝航天可以在如此短时间内攻克全新型号发动机的试车任务，得益于继承了雷霆-5发动机的成功经验，并在此基础上进行技术迭代与技术创新，研制成本大幅降低，研制周期大幅缩短。

使用3D打印技术实现迅速迭代

雷霆-R1发动机继承了雷霆-5发动机的3D打印技术和工艺。雷霆-5发动机全机85%重量的零件都由3D打印技术制作，是国内首型使用3D打印技术制造的针栓式液氧煤油发动机，并成功装配于“星云-M”试验箭，连续成功进行了十米级、百米级、公里级VTVL试验，积累了宝贵的经验。

相比之下，规模更大、性能更强的雷霆-R1发动机也采用了雷霆-5发动机的成功技术基础，主要零件都由3D打印机完成。

3D打印技术可以显著缩短发动机制造流程，降低成本。例如采用传统工艺条件下由数百个零件组成的液体发动机推力室，在采用3D打印技术后可以将零件数量减少到2个，在实际工况中出现故障的概率得以降低。此外，传统发动机制造技术的市场供应受限，而3D打印技术正在迅速蓬勃发展，市场化供应商来源更加广泛；深蓝航天依托市场化环境，在竞争中有更加显著的优势。

针栓式推力调节技术再创新高

雷霆-R1发动机继承了雷霆-5发动机的针栓式推力调节技术，可以实现50-110%工况的大范围平滑调节，但推力在后者的基础上得到了大幅度的提升。

这一技术具有独特的优势，可以在调节推力的过程中抑制不稳定燃烧、减少震荡，实现平稳的推力调节功能，以达到火箭着陆速度的精准把控，这已经在SpaceX的猎鹰9号运载火箭上得到了上千次点火的充分检验。本次发动机试车，为未来星云1号运载火箭的回收试验打下了坚实基础。

燃料路线优势不断凸显

雷霆系列发动机使用液氧煤油作为燃料也具有独特的优势，其密度比冲更高、更加安全可靠，实际工程化使用和各种配套设施也相当成熟。相比之下，其他新型燃料尚处于技术起步阶段，双低温燃料（如液氧甲烷）降低了系统可靠性和整个火箭的经济性指标；目前还未有新型燃料运载火箭实现入轨发射，其推力调节与重复启动能力仍需大量试验。因此，深蓝航天选择液氧煤油作为可回收运载火箭燃料，技术风险小，工程化和商业化更加稳妥可靠。

继往开来，为中国突破重复使用液氧煤油发动机技术而努力

纵观国际，仅有美国SpaceX公司在重复使用液氧煤油发动机方面一骑绝尘。而这一技术，是实现运载火箭回收和重复使用的关键之一。

截至2022年6月底，SpaceX的猎鹰9号运载火箭已经进行了158次成功发射、123次火箭成功着陆，并复用飞行99次。其中，B1051号助推器在2022年3月19日成功发射48颗星链卫星并返回，成为首枚被回收12次的火箭助推器。猎鹰9号运载火箭的回收复用技术已经炉火纯青，一级火箭采用的“梅林（Merlin）”液氧煤油发动机功不可没。

当前梅林发动机的最新型号为“梅林-1D++”，真空推力达981千牛，海平面推力达854千牛，推力调节范围约50%~110%，真空比冲达311秒，且具有一骑绝尘的发射经历。然而，一步登天是不可能的，梅林发动机之所以能够如此强劲是因为经过了一个有效的技术迭代过程。

梅林发动机主要经过了梅林-1A、梅林-1B、梅林-1C和梅林-1D四步迭代。其中，梅林-1A引擎喷口由成本较低的碳纤维增强聚合物复合材料制成，推力约为35吨（340千牛），装备于早期猎鹰1号运载火箭一级。

而后SpaceX将其升级为梅林-1B，通过改进涡轮与喷口实现输出功率的提升，真空推力增长至约43吨（420千牛），梅林-1B仅作为技术迭代的中间产品并未用于火箭发射的实战任务。

在此基础上SpaceX仅用时1年时间便迅速迭代出新一代的梅林-1C引擎，梅林-1C使用再生冷却喷口和燃烧室，真空推力达约49吨（480千牛），先后装备于猎鹰1号与猎鹰9号V1.0火箭一级，并创造了首枚私营航天企业火箭入轨发射的记录。

随后SpaceX进一步推陈出新，研发出大名鼎鼎的梅林-1D引擎，早期梅林-1D推力为70吨左右（690千牛），运用于猎鹰9号V1.1型火箭。SpaceX又针对梅林1D进行了多次细节未经披露的快速技术改进，得到梅林-1D+引擎，推力提升至约75吨（730千牛），运用于猎鹰9号Block4构型。目前发射次数最多的猎鹰9号Block5构型则使用了推力达到约87吨（854千牛）的梅林-1D++引擎，一骑绝尘。

截至目前，相比于最初版本的梅林-1A引擎，梅林-1D++引擎的推力增长了2.5倍。随之而来的是火箭运载性能的大幅提升：最初采用梅林-1C的猎鹰9号V1.0火箭LEO运力仅有8.5吨，技术迭代后采用梅林-1D++引擎的猎鹰9号Block5构型火箭LEO运力一举提升至22.8吨（复用时16.2吨）。采用三枚助推器串联的猎鹰重型运载火箭一次性使用27台梅林-1D++引擎，近地轨道LEO运力更是达到了惊人的63.8吨，成为地表现役最强运载火箭。

他山之石，可以攻玉。

深蓝航天的“雷霆-R1”发动机当前推力为20吨级别，可以达到星云1号运载火箭的入轨需求。有了SpaceX梅林系列发动机的发展路径作为参考，后续雷霆-R1发动机也会快速迭代、不断优化，并逐步将推力提升至35-40吨级的水平，星云-1运载火箭的运载能力也将随之取得大幅度提升。这符合商业航天的发展需求，也符合技术和产品研发的客观发展规律。

短短一年时间，深蓝航天星云-M试验箭十米级、百米级、公里级VTVL试验与雷霆-R1引擎全系统试车四战四捷，实现短周期、低成本、高可靠的技术迭代，展现出高效的试验频率、高质量的试验成果。更快、更强、更稳，深蓝航天就走在探索中国可重复使用运载火箭技术的路上，随着雷霆系列引擎澎湃的声浪，未来可期。