月亮之上的科技嫦娥丨“探月”动力从哪来？发动机零件也能3D打印

嫦娥六号任务历经发射、地月转移、落月、上升、交会对接以及返回等多个过程，带回了人类首份月背样品。在这些过程中，超过一百台航天发动机不断接力，一起来梳理一下这些发动机。
嫦娥“探月”动力从哪来？
5月3日，嫦娥六号成功发射，在进入太空的这2200多秒，主要由火箭来提供动力。发射嫦娥六号的长征五号火箭上共有30台发动机，它们一起助力，将嫦娥六号送到地月转移轨道。
进入预定轨道之后，谁来提供动力呢？这就都要靠安装在嫦娥六号身上的77台发动机了。这台7500牛变推力发动机，在落月期间发挥了重要的作用。
中国航天科技集团 李建华：这个发动机就是探月工程的7500牛变推力发动机，下面这部分是喷管。这两个主要零件装配在喷管的上端，主要的作用就是控制推进剂进入燃烧室的量的大小，来实现发动机的可变推力。

这款7500牛变推力发动机是为嫦娥三号着陆月球而研制的，是落月的关键设备，它在嫦娥三号任务之后还陆续帮助嫦娥四号、五号、六号实现了月球软着陆。
在嫦娥六号完成月面采样后，装有月背样品的上升器需要从月球表面起飞，这就轮到另3000牛发动机发挥作用了。

中国航天科技集团 潘匡志：这个就是我们着上组合体的一个模型，我们的3000牛发动机就在上升器的中间的位置。
嫦娥六号任务非常复杂，既要落月探测，又要采样返回，除了7500牛变推力发动机、3000牛发动机，嫦娥六号上还有150牛、25牛、10牛等多种类型的发动机，在姿态控制、交会对接等过程中发挥了重要作用。
如何造好嫦娥的“动力之源”？
在这个生产火箭发动机零部件的厂房，记者看到，这里所有零部件都采用3D打印技术来制造，过去人工至少要50小时制造的一个零件，现在用3D打印只需要10个小时。

在这个厂房中，近百台金属3D打印机根据发动机设计图纸，昼夜不停地进行着生产。从这里出厂的零部件，会被用于组装成火箭发动机。通过3D打印技术，让发动机的生产周期更短、制造工序简单、可靠性更高，并且还能节省大量的原材料。

中国航天科技集团 周亚雄：像这台的话就是我们一个发动机上的壳体，因为火箭发动机它适应工况比较高，它既要承压，又要保证它的使用的力学性能，所以说现在我们就用3D打印，就相当于把它集成化设计，然后实现它的一体化成型。
记者在这里采访发现，现在新研制的火箭发动机，60%以上的零部件都可以通过3D打印来生产，这样使得发动机研制效率大幅提高。此前发动机很多零部件几乎都是人工“搓”出来的“孤品”，有了新技术的加持，火箭发动机逐渐从“工艺品”转型为“工业品”。

中国航天科技集团 张鹏：早期的铸造的合格率受限于技术水平，只能达到30%左右。3D打印技术的研发和突破，现在合格率能达到95%以上。
如果说，3D打印提升的是火箭发动机的制造技术，那数字化的应用就是火箭发动机研制效率大幅提升的代表。

以前设计发动机靠的是手绘图纸或二维制图，而随着数字化水平的提高，现在发动机的设计已经开始全面采用三维模型，研制周期大幅缩短。

中国航天科技集团 李程：采用这种数字化的手段以后，咱们产品的迭代速度是更快的，可以在数字化的世界里面进行多轮次的仿真计算，确保在物理世界上实现一次成功，支撑了更大推力的液体火箭发动机的研制过程。

中国航天科技集团 李斌：火箭发动机作为核心关键技术的一个代表，它也牵引了这些工业技术水平的提高。火箭发动机需求、配套的一些材料、制造工艺、设备，它水平也在提高。所以相辅相成，促进了我们现在整体研制水平的提高。
火箭发动机试车：提高效率 保证质量
在西安抱龙峪的这个试车台，记者看到，未来将用于我国可重复使用火箭的一台发动机，正在为试车做准备。经过升级改造，以前五天才能完成的一次试车，现在最快两天就能完成。
中国航天科技集团 高强：为了完美地测试发动机正确的性能，首先试车台肯定是不能掉链子，试车台自身得绝对可靠。

火箭发动机试车也被称为“不起飞的发射”，每台发动机交付火箭前都要在试车台上点火试车，验证其性能。
近些年，中国航天逐渐进入常态化高密度发射阶段，火箭对发动机的需求量也逐年增大，到2025年要具备每年试验300台发动机的能力，这对试车台的考验非常大。那怎么才能提高试车台的效率呢？

中国航天科技集团 高强：这个厂房我们称为试验的准备间，顾名思义就是我们要把试前和试后等一些工作转移到试验的准备间里来完成。这个是我们给发动机试验所设计的一个发动机的转运车，它可以通过自动导航的形式把发动机转运到我们试验间，与我们试车台架进行一个对接。
有了新技术的加持，这个试车台上最多可以有4台发动机同时开展工作，试车台的利用率高了，试车效率自然也就提高了。
中国航天科技集团 李斌：发动机是我们航天发射的一个核心支撑，是一个基础，发动机必须满足总体的要求，这样才能支撑航天健康快速发展。
生产化肥和衣服 火箭发动机技术用途多
眼前这台非常高大的装置就是配备了“航天炉”的煤化工装置。可以通过再处理合成甲醇、合成氨、煤制油等产品，可广泛应用于纺织、化肥制造、化工等领域，而其中最关键的燃烧装置就来自火箭发动机。

航天长征化学工程股份有限公司 赵峰：它是源于火箭发动机的燃烧、传热以及系统工程理论研制的航天粉煤加压气化技术，是航天液体火箭发动机技术的民用领域应用。火箭是要充分燃烧，而这是一种欠氧燃烧，这就带来精确的氧气和气化原料的控制。
听起来容易，干起来难。在第一台“航天炉”诞生之前，这项技术一直被国外垄断，很多企业要花几十亿甚至几百亿元去购买国外的技术和设备，市场需求非常迫切。

既然市场需求这么迫切，那为什么没人干呢？
赵峰告诉记者，中国的煤种类太多，要想干好“航天炉”这项技术，需要把每一种煤的气化特性都研究出来，有一部分是不好用于燃烧的劣质煤，既费时间，投入又大。

航天长征化学工程股份有限公司 赵峰：这种煤达不到燃料煤的要求，我们希望把它变成气化原料，把它的价值利用起来。把煤必须吃透，才能进行一对一的工业化设计。

截至目前，“航天炉”项目团队已经建立了9大类600多种的煤质气化特性数据库和煤气化企业标准。像这样一对一建设的工厂签约气化炉155台，签约总合同额已超200亿元，拉动上下游产业投资超3000亿元。在北京的远程服务中心，这里能看到全国正在运行的“航天炉”实时的状态。

航天长征化学工程股份有限公司 姜从斌：每一台气化炉大概有2000个实时的数据，这些数据对新技术的研发非常宝贵。煤化工行业一年的GDP也是超过1万亿，所以它必须开发核心技术。未来可能还会进入一些环保的领域，满足我们未来的碳中和需要。

除此之外，火炬也可以借鉴火箭发动机的燃烧和控制技术，2022年北京冬奥会手持火炬“飞扬”以及能源化工行业中用于无毒无害气体排放的工业火炬，就是火箭发动机技术转化而来的。目前，这个技术已经服务于国内上百家企业，出口中东、非洲等“一带一路”共建国家。
（总台央视记者 崔霞 李宁 陶嘉树 吴天白）