“5、4、3、2、1,点火,起飞!”这是火箭发射时,大家非常熟悉的口令。随后,火箭发动机喷出尾焰,托举着航天器踏上太空之旅。那么,液体火箭发动机是怎么点火的?点火瞬间,发动机又是如何启动的?
实际上,液体火箭发动机的启动过程是发动机接到启动指令,打开启动阀门至发动机推力达到额定工作状态的过程。在电视直播画面上,大家看到工作人员按下红色点火按钮,短暂的两三秒内,发动机就必须完成从初始状态过渡到主级工作状态。
发动机接到启动指令后,打开泵前阀,推进剂组元向燃烧室喷注器之前所有的腔道、管路进行充填。对泵压式火箭发动机来说,可分自由充填和强迫充填,即自身启动和强迫启动。
自身启动的系统简单、结构质量轻,能满足多次启动要求,但自身启动要求系统设置启动工况和推力室燃料供应路,要设置小流量状态等。
强迫启动相对于自身启动,可称为外源启动,包括火药启动器启动方式、气瓶启动方式和抽氢启动方式,后者仅限于液氧液氢发动机。
火药启动器有成熟的研制经验,需要安装专门的启动涡轮和设置火药启动器,结构质量较大,对于两次以上的启动很难实现;气瓶启动因所需的气体较多,对于大推力、多次启动要求的发动机不太合适。
液体火箭发动机按启动次数还可以分为一次启动、多次启动,上面级发动机启动次数从2次到几十次,姿轨控发动机启动次数可达上万次以上。
另外,大推力发动机都采取分级启动,即推进剂活门先打开一部分,启动正常后再全部打开,而多机并联发动机采取对称依次启动,避免因启动推力过大引起大的动载荷和振动。