中国航天1999年第10期 【庆祝中华人民共和国成立50周年】
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我国固体推进技术发展的回顾与展望

================ 中国航天科技集团公司第四研究院科技委副主任、研究员　阮崇智 ================

　　一、中央决策发展固体推进技术

　　我国现代固体推进技术是在1956年党中央做出建立我国独立的航天事业的决策后，完全依靠自己的力量，经过艰苦创业发展起来的。从技术方面说，钱学森先生在其中起了重要作用。他站在世界航天技术前沿，洞察技术发展动向，深知固体推进技术对国家防务的重要。他提出研制“精密弹药”的思想，并亲自参与解决关键技术问题和制定发展和建设规划。现代固体发动机在结构上采用浇铸成型、与壳体壁面粘接、内孔燃烧的药柱，为制造大尺寸、长时间工作、结构重量轻的发动机打开了道路。新型复合推进剂或改性双基药的能量也有大幅度提高。现在美国、俄罗斯、法国都发展了机动固体地-地导弹或潜地导弹。除巡航导弹以外，世界各国都采用固体发动机作为导弹的动力装置。历史的发展充分印证了中央决策的科学性和预见性。假如新中国当年没有走出这步棋，今天真是悔之晚矣。

　　二、固体推进技术的发展

　　现代固体推进技术是本世纪中叶前后发展起来的。它是以研制固体火箭发动机为中心，包括研究、设计、制造、试验全过程和产品制造工艺各方面的一项多专业综合性工程技术。其内容主要涉及发动机设计与研究，推进剂研究与装药制造工艺技术，发动机结构材料和工艺技术和发动机质量监测、性能测试及实验技术。目前，航天工业界已有多家从事研究固体推进技术的单位，各有其独特产品和技术特点。现仅从技术发展历程上，介绍典型产品的性能水平和应用情况。
　　1.初创时期
　　固体推进技术是一项十分敏感的技术。在这方面开展国际合作，获得国外技术帮助是十分困难的，一切必须从艰苦的探索开始。1958年，在原国防部五院举行的一次庆祝大会上，点燃了第一根手工制作的聚硫橡胶复合推进剂小药柱。1960~1962年，先后成功进行了φ65mm、φ108mm和φ286mm发动机热试车。1965年，在解决了药柱裂纹和不稳定燃烧问题以后，FG-01发动机(φ286mm)经过28台各项地面试验，成功地进行了6次模型弹飞行试验。经过改型的FG-01B发动机后来用于某地空导弹。
　　1967年，根据长征一号运载火箭总体方案对第三级发动机的要求，开始研制FG-02发动机(φ770mm)。在解决了头、尾部脱粘和氧化铝残渣沉积问题以后，到1970年，共成功进行了19次地面试车(包括5次高空模拟试车)。各项指标达到要求，交付使用。1970年4月24日，FG-02发动机参与我国第一颗人造地球卫星发射，工作正常，获得成功。
　　2.第一代固体推进技术
　　1967年，根据总体部门提出的两级固体火箭设计方案，开始了第一代固体推进技术的研究。发动机壳体选用正在试制的超高强度钢，选用了同样处于研制阶段的端羧基聚丁二烯(CTPB)推进剂。此外，还采用了推力向量控制和推力终止两项新技术。许多工作要从原材料做起。所用新材料多达91个品种，210种规格，涉及化工、冶金、轻工、石油、机械、兵器等部门。在有关单位的大力协同之下，工作逐渐展开。由于“文化大革命”造成的动乱，再加上技术储备不足，困难重重，试验失败时有发生。在初步解决了药柱脱粘、壳体强度和喷管动密封等技术难关之后，两级发动机相继取得全程试车成功。1982年10月12日，潜艇水下发射固体火箭取得成功，证明固体发动机性能稳定，工作可靠。中共中央、国务院、中央军委发出贺电，指出“这是党的独立自主、自力更生方针的又一胜利，它标志着我国运载火箭技术又有了新的发展。”
　　这一成功也向关心固体推进技术的人们，展示了固体火箭结构简单、工作可靠，结构紧凑、便于装载，长期待命、立即发射，启动迅速、善捕战机等特点。为固体推进技术的进一步发展打开了道路。
　　这一时期的工作积累了丰富的经验。特别是在药柱力学性能分析，高强度钢的强度-韧性力学性能分析等理论问题上，加深了理解，统一了认识，为以后固体推进技术的发展打下了基础。
　　这一期间，利用上述技术，还研制了FG-14返回式卫星制动火箭发动机。从1971年到1974年共进行各种地面试车37台。1974~1987年间，10次参加返回式卫星发射，全部成功。改进型FG-23在1987~1993年5次参加返回式和FG-23A在1992~1996年3次参与返回式卫星发射，同样取得全部成功。1993年8月，还为长征二号丙运载火箭研制了变轨发动机(FG-47)。成功地进行了11台地面试车，1997年12月到1999年6月，6次参与发射铱星，均获成功。
　　3.第二代固体推进技术
　　(1)航天固体发动机
　　为开发第二代固体推进技术，某些工作是从卫星远地点发动机开始的。1975年3月，中央决定研制东方红二号通信卫星。卫星总体部门下达了研制卫星远地点发动机(FG-15)的任务。1975年10月，进行了FG-15发动机方案论证，采用玻璃纤维/环氧复合材料壳体，端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂、碳-碳复合材料喉衬和微电机式安全发火机构等新技术。试验过程中，还开发了原位标定、板簧支撑的高精度试车架和高空模拟试车技术，大大提高了测试精度。1976~1978年。地面试车14次，9发成功；1979~1982年，地面试车23次，全部成功。1984年1月到1986年2月，FG-15发动机3次参加卫星发射，全部成功。1988年3月到1991年10月，FG-15B发动机4次参加东方红二号甲卫星发射，全部成功(其中，第4次发射时，运载工具故障，卫星未入轨，但远地点发动机点火工作正常)。与之类似的FG-36发动机，1997年6月参加风云二号气象卫星发射，获得成功。发动机真空比冲达到2819N·s/kg，总冲偏差小于1%。
　　1993年，按照中国长城工业总公司提出的技术要求，开始研制用于发射亚洲二号和艾柯斯达一号卫星的近地点发动机(FG-46)。采用玻璃纤维/环氧壳体，HTPB推进剂，碳-碳复合材料喉衬等项技术。共进行地面试车10台次，其中有2次旋转试车失败。经改进后，4发地面旋转试车均获成功。1995年11月28日和12月28日，发射两星获得圆满成功。FG-46发动机的真空比冲达到2863.5N·s/kg，质量比为0.907，是目前国内性能水平最高的发动机。
　　上述所有发动机全部应用成功，表明固体发动机具有很高的可靠性。
表　典型产品的性能和应用情况
型号直径
(mm)		总重
(kg)		药重
(kg)		比冲
(N·s/kg)		质量比应用
FG-01B28615011720520.78某地空型号
FG-02770205118052491
0.88长征一号三级火箭
FG-14680246.51932603
(真空)		0.783返回式卫星制动火箭
FG-23680265.6212.52746(真空)0.8返回式卫星制动火箭
FG-23A6802652122746
(真空)		0.8返回式卫星制动火箭
FG-158965154432819
(真空)		0.86DFH-1卫星远地点发动机
FG-15B8965805052835
(真空)		0.88DFH-1A卫星远地点发动机
FG-36896730653283.5
(真空)		0.895卫星近地点发动机
FG-461700600154442863.5
(真空)		0.907卫星近地点发动机
FG-475421601262824
(真空)		0.79长二丙改火箭变轨发动机
　　(2)导弹固体发动机
　　为了开发第二代大型固体发动机技术，从1979年开始，实施综合试验发动机研制计划。它将有一定技术基础的单项预研成果，放在有型号背景的综合试验发动机上综合演示。共进行了3种ZF-1、2、3共9发试车，考验了玻璃纤维壳体、HTPB推进剂，三维药型，碳-碳喉衬和柔性全轴摆动喷管等项技术。1983年2月4日，单发装药量已超过20吨的ZF-3大型发动机首发试车成功。同年12月25日、28日，第二发金属壳体和第一台玻璃钢壳体大型固体发动机的地面试车相继成功。为此，中共中央、国务院、中央军委发来贺信，高度评价了这些研制成果。后来，应用上述技术的某型号被批准立项研制。最近该型号试飞成功。这一成就表明，固体发动机的性能稳定，工作可靠，完全可以满足远程导弹、航天飞行器的使用要求，显示了我国的科技水平，标志着第二代固体推进技术趋向成熟。这一成就还将增强军方和高层领导采用固体推进技术的信心，对促进这一技术的发展，增强我国国防实力有极大作用。
　　此外，固体发动机还用在各类空战、海战和近、中程地-地导弹武器中。由于固体发动机有前述善于捕捉战机，便于装机、装舰等特点，因而广泛用于空、海军武器之中。因此，特别要注重研制地-空、反导和海防等战区导弹攻防对抗武器。

　　三、展望

　　近年来国际上和我国周边地区都发生了许多重大事件，对我国的安全和主权构成了严重威胁。今年7月，李登辉抛出“两国论”，彻底暴露了台湾当局蓄意分裂祖国的图谋。我们一定要增强忧患意识，加快军事斗争准备。维护国家安全和主权，关键在于要有实力，要研制和发展高新技术武器装备。固体推进技术在这方面担负着重大责任。现就若干重点发展领域展望如下。
　　1.小卫星运载
　　空间已成为未来战争中至关重要的“战略要地”。战术卫星已成为战场态势感知和战场毁伤评估的主要手段。在近年来的海湾战争和科索沃战争中，美国的战术卫星都发挥了重要作用。
　　1999年5月10日，在用长征四号乙发射风云一号气象卫星时，搭载了实践五号小卫星。其主要使命是进行空间单粒子测量和微重力条件下的流体试验。在轨运行90天，圆满完成任务。我国小卫星研制已采用公用平台技术，除科学实验卫星外，还可以研制导航定位、移动通信、对地观测等各种应用卫星，并能小批量生产，研制能力已达到国际先进水平。但搭载方式不适于突发性战争条件下军用小卫星的发射。小型固体运载工具的发射成本低，研制周期短，反应迅速，部署机动，场地设施简单，可以在地球任一点上，由陆地、海上或空中发射，特别适用于瞬息万变的军事快速侦察，或战地指挥、通信的需要。希望军方及早提出要求，以便利用现有成熟发动机技术，按积木式原则，组成系列化固体运载火箭。
　　2.防空与反导导弹
　　面对西方大国远程攻击的威胁，空防导弹应具有远程攻击敌侦察、预警或载弹飞机和拦截其空-地导弹、巡航导弹的能力。针对现在巡航导弹航速太低，易受攻击的缺点，现正在发展马赫数6~8的高超音速巡航导弹，因此，我国应加快空防导弹的研制速度，才能对敌方战术的变化作出迅速反应。
　　根据目前空防导弹固体发动机的研制和试验情况，我国固体推进技术完全有能力研制类似美国爱国者或俄罗斯S300、S400导弹用的固体发动机。主要关键技术在于动能杀伤器的研制。它由众多小型固体发动机组成阵列，以提供足够的控制力，直接命中目标。这是一项需要抓紧研究和开发的技术。
　　3.发展第三代固体技术
　　1999年9月18日，江泽民主席在表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科技专家大会上指出，“我们要实现跨世纪发展的宏伟目标，切实维护国家主权和安全，必须不断地提高我国的经济实力、科学实力和国防实力，不断增强我们的民族凝聚力。中国人民有站在世界科技进步前列的勇气、信心、智慧和力量。”这是中央在复杂多变的国际形势下，对航天科技界的动员令。固体推进技术也要责无旁贷地肩负起自己的责任。
　　总的目标是提高发动机性能水平，达到各类型导弹或航天飞行器对动力装置的要求。一是要建立高能推进剂的小批量工艺生产线，探索进一步提高能量的途径；二是提高高性能纤维/环氧复合材料壳体性能，满足各种复杂载荷条件下，对壳体强度和刚度的要求；三是研究高冲质比喷管技术，采用碳-碳复合材料喉衬和扩张段、轻质小力矩接头，减轻结构重量。
　　目前，已有多种型号产品交付部队使用，需要认真总结经验。固体发动机应能在储存期间内，免维护，随时保持待射状态。固体推进技术应做好准备，满足日益提高的要求。
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