這是“雲龍”發動機的一次關鍵試驗。所有人屏住呼吸，緊緊盯著試驗屏幕上飛速下降的溫度數值。隨著現場指揮人員宣布試驗結果，試驗指標完成超出預期。中國航天科工三院31所“雲龍”發動機的預冷裝置圓滿完成目前國內最大尺度、最大空氣流量的溫降試驗。

空天往返的新式動力

“雲龍”發動機是一型由31所研制的組合動力發動機，也是31所正在探索的用於空天往返飛行器的新式動力。如果成功，它能助推飛行器像飛機一樣從地面水平起飛，再水平降落至地面，實現可重復使用的空天往返運輸。但它會比飛機飛得更快、更高，也有別於現在常見的垂直起降的運載火箭。

如何將航天器送入太空？聰明的地球人嘗試過數個方案，當前最主流的是使用運載火箭。但火箭發動機從地面點火開始，所需要的全部動力源均需“自給自足”，也就是說，要靠點燃自帶的氧化劑與燃料產生推力。據公開數據，火箭飛行時需攜帶大量氧化劑，使得推進劑質量佔整箭質量的85%以上，這樣一來，火箭分配給“乘客”——有效載荷的質量空間就大大壓縮。

為了彌補火箭發動機的不足，研究人員提出了在大氣層內爬升階段採用吸氣模式的可重復使用空天飛行器動力系統方案，這類方案利用空氣中的氧氣作為氧化劑，將有效降低推進劑消耗及所需攜帶的質量。但事實上，人類現有的發動機分為渦輪、渦扇、沖壓、火箭等多種，每一種都有自己的工作范圍和優勢，單靠一種難以實現寬速域大空域空天往返運輸，因此，把不同的發動機組合起來，集合各家之所長，就可以共同完成空天往返運輸這個更高的使命。尋找理想組合動力已成為國內外空天飛行領域最迫切任務，這其中預冷動力方向越來越受到關注和研究，並逐漸構成了空天運輸動力的新方案。

該型發動機技術總師馬同玲介紹，研制該組合動力發動機的最大難關之一，是如何在1200K以上的高溫進氣條件下仍可實現高性能的問題，當空天飛行器在大氣層內超高速長時間飛行時，氣流溫度劇烈升高，這會使材料無法承受，壓氣級等高性能部件無法工作。要解決這個問題，不能僅依賴提升材料極限，最直接的辦法就是降溫，預冷動力技術正是引入進氣主動降溫的技術，並將多種動力的熱力循環優勢進行深度融合，從而產生更具優勢的新型熱力循環方案。

“決定了，要干”

從“十二五”時期開始，預冷動力技術就進入了31所專家的視野。當時，國際上此類技術已開展基礎性研究多年，並取得一定突破，31所團隊在初步跟蹤研究后，被該項技術的復雜性所震驚：要在0.01秒內實現1000℃降溫，零下150℃環境下運行要求無結霜……簡直苛刻至極。但同樣，技術革新的魅力深深吸引著這群航天人——技術若成功突破，新類型動力將成為可能，帶來的將是航天運輸方式的顛覆性變革。

一番考量后，31所決定了，要干。以何種投入來干？是把它僅當作一種新式技術研究研究，還是把它作為一種儲備動力集智攻關？31所領導層和專家組深思熟慮后，選擇了后者。

2018年6月，以預冷動力研發為核心使命的預冷動力技術中心在31所正式成立。預冷動力技術，在國際上尚處於起步階段，國外稍稍領先於前，但在工程應用上並未取得突破性進展，尚未拉開太大差距。作為新型發動機總單位，31所預冷動力技術中心要與國際專家同台競技，也將盡力去實現趕超。

但擺在眼前的難題可不容小覷。用於冷卻高溫來流的預冷器是預冷發動機的核心技術之一，也是擺在團隊面前的“攔路虎”。作為熱量交換設備，預冷器在日常工程應用中隨處可見，但將傳統的換熱器技術直接用於空天飛行器卻不可行。暫且不說傳統換熱器體積重量太大，就拿熱響應時間來講，與傳統的燃燒室相比，換熱器是“慢性子”，而對響應時間要求極高的飛行器卻是個“急性子”，慢性子當急性子用，控制難題就來了。此外，還面臨材料、工藝、控制、可靠性等難題。

“兩項核心技術決定了技術方案是否成立，幾項關鍵技術決定了能否實現工程應用。”馬同玲說。“攔路虎”不隻一個，要想成功，就得把它們一個一個拿下，必須走自主創新的道路。

雲中之龍，動力之光

攻克“攔路虎”，31所並非沒有底氣。作為國內飛航發動機“專業戶”，31所經過60多年沉澱積蓄，發動機種類非常齊全，既有渦輪、渦扇、沖壓發動機，還有固體火箭發動機，大量產品交付用戶，這為不同發動機實現動力組合提供了天賜良機，也為預冷動力團隊開展新技術攻關、啃下硬骨頭提供了足夠底氣。

預冷動力技術中心的主力是一群“初生牛犢”，他們平均年齡不到三十歲，既有海外留學生也有國內高材生。團隊與國內高校協同攻關，逐步形成以31所為總體核心，涵蓋技術研究、產品設計、加工制造、試驗測試、產業化推廣等開放包容的融合研發平台。

大力攻關下，31所已干掉了多個“攔路虎”。31所預冷動力技術中心主任牛軍說，目前該發動機已完成了大尺度深度預冷器、微通道高低溫換熱器的設計和制造技術攻關，全新氦渦輪系統和氦壓縮系統等關鍵技術攻關獲得重大突破。2020年，該所完成了發動機原理樣機的整機試制，並通過了第一階段的系統級地面試驗驗証。

“預冷動力技術是新型空天往返飛行器理想動力之一，越來越受到國內外重視，希望31所‘雲龍’發動機早日面世，屆時，空天運輸領域將迎來更多可能。”牛軍說。（記者 李禾 通訊員 趙聰 張志剛）

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