近日，深藍(lán)航天20噸級“雷霆-R1”可復(fù)用發(fā)動機(Thunder Reusable 1)成功點火試車，最長單次工作時長達90秒，呈雷霆萬鈞之勢。此輪次試驗使用同一臺發(fā)動機整機產(chǎn)品，共計進行了5次點火測試，累計試車138秒，每一次發(fā)動機均工作平穩(wěn)、啟動和關(guān)機正常；標(biāo)志著雷霆-R1發(fā)動機首輪系列試車取得圓滿成功。本次全系統(tǒng)試車驗證了雷霆-R1發(fā)動機技術(shù)方案正確性和全系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性，是重復(fù)使用火箭發(fā)動機的重要技術(shù)突破。

“雷霆-R1”發(fā)動機試車紀(jì)錄片

雷霆-R1發(fā)動機是深藍(lán)航天研制的推力20噸級液氧煤油火箭發(fā)動機，將會以9機并聯(lián)的方式用于深藍(lán)航天首枚入軌級可回收運載火箭“星云1號”的一子級，并將在未來進行技術(shù)迭代和升級，快速提升發(fā)動機的推力性能達到35-40噸量級。

“星云1號”運載火箭的起飛推力達130噸以上，近地軌道運載能力可達2噸左右，并且在遠(yuǎn)期有重復(fù)使用50次的設(shè)計目標(biāo)，計劃在2023年底具備入軌發(fā)射能力。

技術(shù)一脈相承，實現(xiàn)低成本、高可靠的快速技術(shù)迭代

本次試車距離深藍(lán)航天5月6日成功進行的“星云-M”試驗箭1公里級VTVL垂直起降試驗僅僅過去了不到兩個月。深藍(lán)航天可以在如此短時間內(nèi)攻克全新型號發(fā)動機的試車任務(wù)，得益于繼承了雷霆-5發(fā)動機的成功經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上進行技術(shù)迭代與技術(shù)創(chuàng)新，研制成本大幅降低，研制周期大幅縮短。

使用3D打印技術(shù)實現(xiàn)迅速迭代

雷霆-R1發(fā)動機繼承了雷霆-5發(fā)動機的3D打印技術(shù)和工藝。雷霆-5發(fā)動機全機85%重量的零件都由3D打印技術(shù)制作，是國內(nèi)首型使用3D打印技術(shù)制造的針?biāo)ㄊ揭貉趺河桶l(fā)動機，并成功裝配于“星云-M”試驗箭，連續(xù)成功進行了十米級、百米級、公里級VTVL試驗，積累了寶貴的經(jīng)驗。

相比之下，規(guī)模更大、性能更強的雷霆-R1發(fā)動機也采用了雷霆-5發(fā)動機的成功技術(shù)基礎(chǔ)，主要零件都由3D打印機完成。

3D打印技術(shù)可以顯著縮短發(fā)動機制造流程，降低成本。例如采用傳統(tǒng)工藝條件下由數(shù)百個零件組成的液體發(fā)動機推力室，在采用3D打印技術(shù)后可以將零件數(shù)量減少到2個，在實際工況中出現(xiàn)故障的概率得以降低。此外，傳統(tǒng)發(fā)動機制造技術(shù)的市場供應(yīng)受限，而3D打印技術(shù)正在迅速蓬勃發(fā)展，市場化供應(yīng)商來源更加廣泛；深藍(lán)航天依托市場化環(huán)境，在競爭中有更加顯著的優(yōu)勢。

針?biāo)ㄊ酵屏φ{(diào)節(jié)技術(shù)再創(chuàng)新高

雷霆-R1發(fā)動機繼承了雷霆-5發(fā)動機的針?biāo)ㄊ酵屏φ{(diào)節(jié)技術(shù)，可以實現(xiàn)50-110%工況的大范圍平滑調(diào)節(jié)，但推力在后者的基礎(chǔ)上得到了大幅度的提升。

這一技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢，可以在調(diào)節(jié)推力的過程中抑制不穩(wěn)定燃燒、減少震蕩，實現(xiàn)平穩(wěn)的推力調(diào)節(jié)功能，以達到火箭著陸速度的精準(zhǔn)把控，這已經(jīng)在SpaceX的獵鷹9號運載火箭上得到了上千次點火的充分檢驗。本次發(fā)動機試車，為未來星云1號運載火箭的回收試驗打下了堅實基礎(chǔ)。

燃料路線優(yōu)勢不斷凸顯

雷霆系列發(fā)動機使用液氧煤油作為燃料也具有獨特的優(yōu)勢，其密度比沖更高、更加安全可靠，實際工程化使用和各種配套設(shè)施也相當(dāng)成熟。相比之下，其他新型燃料尚處于技術(shù)起步階段，雙低溫燃料（如液氧甲烷）降低了系統(tǒng)可靠性和整個火箭的經(jīng)濟性指標(biāo)；目前還未有新型燃料運載火箭實現(xiàn)入軌發(fā)射，其推力調(diào)節(jié)與重復(fù)啟動能力仍需大量試驗。因此，深藍(lán)航天選擇液氧煤油作為可回收運載火箭燃料，技術(shù)風(fēng)險小，工程化和商業(yè)化更加穩(wěn)妥可靠。

繼往開來，為中國突破重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動機技術(shù)而努力

縱觀國際，僅有美國SpaceX公司在重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動機方面一騎絕塵。而這一技術(shù)，是實現(xiàn)運載火箭回收和重復(fù)使用的關(guān)鍵之一。

截至2022年6月底，SpaceX的獵鷹9號運載火箭已經(jīng)進行了158次成功發(fā)射、123次火箭成功著陸，并復(fù)用飛行99次。其中，B1051號助推器在2022年3月19日成功發(fā)射48顆星鏈衛(wèi)星并返回，成為首枚被回收12次的火箭助推器。獵鷹9號運載火箭的回收復(fù)用技術(shù)已經(jīng)爐火純青，一級火箭采用的“梅林（Merlin）”液氧煤油發(fā)動機功不可沒。

當(dāng)前梅林發(fā)動機的最新型號為“梅林-1D++”，真空推力達981千牛，海平面推力達854千牛，推力調(diào)節(jié)范圍約50%~110%，真空比沖達311秒，且具有一騎絕塵的發(fā)射經(jīng)歷。然而，一步登天是不可能的，梅林發(fā)動機之所以能夠如此強勁是因為經(jīng)過了一個有效的技術(shù)迭代過程。

梅林發(fā)動機主要經(jīng)過了梅林-1A、梅林-1B、梅林-1C和梅林-1D四步迭代。其中，梅林-1A引擎噴口由成本較低的碳纖維增強聚合物復(fù)合材料制成，推力約為35噸（340千牛），裝備于早期獵鷹1號運載火箭一級。

而后SpaceX將其升級為梅林-1B，通過改進渦輪與噴口實現(xiàn)輸出功率的提升，真空推力增長至約43噸（420千牛），梅林-1B僅作為技術(shù)迭代的中間產(chǎn)品并未用于火箭發(fā)射的實戰(zhàn)任務(wù)。

在此基礎(chǔ)上SpaceX僅用時1年時間便迅速迭代出新一代的梅林-1C引擎，梅林-1C使用再生冷卻噴口和燃燒室，真空推力達約49噸（480千牛），先后裝備于獵鷹1號與獵鷹9號V1.0火箭一級，并創(chuàng)造了首枚私營航天企業(yè)火箭入軌發(fā)射的記錄。

隨后SpaceX進一步推陳出新，研發(fā)出大名鼎鼎的梅林-1D引擎，早期梅林-1D推力為70噸左右（690千牛），運用于獵鷹9號V1.1型火箭。SpaceX又針對梅林1D進行了多次細(xì)節(jié)未經(jīng)披露的快速技術(shù)改進，得到梅林-1D+引擎，推力提升至約75噸（730千牛），運用于獵鷹9號Block4構(gòu)型。目前發(fā)射次數(shù)最多的獵鷹9號Block5構(gòu)型則使用了推力達到約87噸（854千牛）的梅林-1D++引擎，一騎絕塵。

截至目前，相比于最初版本的梅林-1A引擎，梅林-1D++引擎的推力增長了2.5倍。隨之而來的是火箭運載性能的大幅提升：最初采用梅林-1C的獵鷹9號V1.0火箭LEO運力僅有8.5噸，技術(shù)迭代后采用梅林-1D++引擎的獵鷹9號Block5構(gòu)型火箭LEO運力一舉提升至22.8噸（復(fù)用時16.2噸）。采用三枚助推器串聯(lián)的獵鷹重型運載火箭一次性使用27臺梅林-1D++引擎，近地軌道LEO運力更是達到了驚人的63.8噸，成為地表現(xiàn)役最強運載火箭。

他山之石，可以攻玉。

深藍(lán)航天的“雷霆-R1”發(fā)動機當(dāng)前推力為20噸級別，可以達到星云1號運載火箭的入軌需求。有了SpaceX梅林系列發(fā)動機的發(fā)展路徑作為參考，后續(xù)雷霆-R1發(fā)動機也會快速迭代、不斷優(yōu)化，并逐步將推力提升至35-40噸級的水平，星云-1運載火箭的運載能力也將隨之取得大幅度提升。這符合商業(yè)航天的發(fā)展需求，也符合技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的客觀發(fā)展規(guī)律。

短短一年時間，深藍(lán)航天星云-M試驗箭十米級、百米級、公里級VTVL試驗與雷霆-R1引擎全系統(tǒng)試車四戰(zhàn)四捷，實現(xiàn)短周期、低成本、高可靠的技術(shù)迭代，展現(xiàn)出高效的試驗頻率、高質(zhì)量的試驗成果。更快、更強、更穩(wěn)，深藍(lán)航天就走在探索中國可重復(fù)使用運載火箭技術(shù)的路上，隨著雷霆系列引擎澎湃的聲浪，未來可期。