【日本氢氧机一波三折的试车】日本H3火箭的芯级发动机在种子岛航天中心的试车再次遇到问题,其LE-9起飞级开式液氢液氧膨胀排气循环发动机发动机在2021年7月13号的测试中提前了几秒关机。目前看似乎是氧泵的问题,原计划这个时间点首飞箭飞行用LE-9该安装上箭了,显然因为试车的再次问题,这个计划被推迟,或将影响明年的首飞计划。
LE-9发动机自2017年4月起开始各项目的试车,但在试车过程却很不顺利。LE-9发动机因其使用开式膨胀循环,导致其需要要加大换热面积,随之设计上需要设计更长的燃烧室,再加上其它问题联合作用,导致燃烧室震动难以彻底解决,然后带动涡轮泵震动,引发全机共振。进而导致燃烧室内壁出口部位和涡轮泵的氢燃料泵叶片出现疲劳,出现叶片变形、断裂破损等重大问题。后经改进,虽仍然没有彻底解决隐患,(例如:共振的其中一个原因可能为3D打印喷注器引起的燃烧不稳定造成,使得日方前期先换回机械制造的喷注器+暂缓在发射中使用H3-30的三机并联构型)但还是在后续试车中通过了多轮单机/双机的并联的认证试车,不过自2020年初起,暂未进行一次三机的并联试车。
【可到本次试车为止仍几次出现发动机提前关机的情况】
LE-9相对于H-2的LE-7,从复杂的分级燃烧循环改为膨胀循环,泵系设计和零件结构大幅简化,阀系也大幅改用电动阀,成本据称是大幅下降。但是也有代价,比冲从440s降低到425s,发动机重量1.8吨升高至2.4吨,有趣的是推力反倒是从112吨飙升至150吨,应该是地球上推力最大的膨胀循环氢氧机了,甚至可以做到芯级三发无助推器起飞。
H3是现役H-2A/B火箭的接替型号,按设计将更加便宜,以增强在全球商业发射市场上的竞争力。此前根据日本内阁府发布的《宇宙基本计划》,H3将在2023年后完全取代H-2A和H-2B这两个老型号。H3目前会推出各设两台或三台LE-9发动机的4种构型,高63米、重574吨的最大一个构型将具备超过7900公斤的地球同步转移轨道运载能力。未来在21世纪30年代左右还有可能会推出供探月任务使用的CBC构型升级改进型号。
从技术指标上看,虽然H-3火箭选用了性能更好的发动机,但最大运载能力仍然不如H-2B。可见,日本研制H-3火箭的直接目标并非为了大幅提升运载能力,而是通过控制成本,计划LEO运输成本3500美元/千克,计划GTO运输成本10000美元/千克,准备未来能够抗衡在卫星发射市场上占优势的美国、欧洲和俄罗斯。
(附加):本次发动机试验结果链接:http://t.cn/A6Io3zE3
(图注):
图1:为7月21号JAXA在位于日本东北方的宫城县的角田航天中心额外的做了一次氧泵的单体试车情况;
图2:为日方对LE-9发动机的结果标识;
图3:为H-3火箭家族示意,首飞箭为H3-22S构型;
图4、5:为此前往发射工位进行合练的H3火箭,合练箭此前安装到LE-9发动机仅为测试使用,不在首飞中使用,且整流罩为试验用黑皮整流罩,首飞则为长度更短的短构型整流罩;
图6:为现在在VAB内等待安装LE-9发动机的芯级,此前完成合练后拆除了合练测试件,将更换首飞部件;
图7、8:为试车台上的LE-9火箭发动机单机;
图9:为H3火箭构型示意;
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