成真！火箭烧“煤”
4月初 ，煤航天科技集团六院165所联合国家能源集团煤制油化工公司 、火箭宁夏煤业公司研制开发的煤煤基航天煤油 ，成功助力天龙二号火箭首飞 ，火箭这是煤世界上首次使用煤基航天煤油作为推进剂推举运载火箭飞天。
发射现场 ，火箭谈及煤基航天煤油应用未来，煤165所副所长符全军表示：“满足国家战略备份需求 ，火箭我们满怀期待、煤充满信心！火箭”历经多年的煤奔跑接力，该所主导研制的火箭煤基航天煤油已建成年产5000吨的生产线 ，“十四五”期间建成年产约3万吨生产线的煤蓝图将逐步实现 。能源安全是火箭红线 、底线 、煤生命线作为120吨级 、18吨级液氧煤油发动机的主力燃料 ，石油基航天煤油性能的稳定性与安全性直接关系新一代运载火箭发射，也保障了航天重大工程任务的顺利实施 。时间倒回上世纪90年代初 ，原航天工业总公司通过对国内10多个油田油品的普查筛选发现 ，仅有少数原油适宜作为航天煤油的原料 。为保障国家航天能源的安全供应，改变供应单一问题 ，自液氧煤油发动机立项研制起 ，在六院党委的坚强领导下 ，165所长期致力于航天煤油新油源的寻找和论证。“由于石油基航天煤油族组成及理化性质特殊 ，我们迟迟未找到合适的油源。”该所8室主任杜宗罡表示 ，寻找一种高热安全、获取便利的替代性能源 ，一度是个老大难的问题，因为关系到国家能源安全的生命线 ，硬着头皮也得上 。数据宝藏为研制指明方向主任工艺师兰海平回忆 ，在研究论证环节，项目组发现煤直接液化后煤基煤油的族组成及主要性能与石油基航天煤油相近 ，具备作为发动机主力燃料的可行性 。且我国“富煤少油” ，随着煤制油技术的日趋成熟和稳定 ，煤基煤油具有来源广泛 、资源丰富 、成本低廉等特点 。项目组认为 ：开展煤基航天煤油研制工作并推动其工程化应用，是保证航天能源安全、高效 、可持续发展的有效解决途径 。研制工作很难一蹴而就 。项目组尝试将煤直接液化为油品，可试验发现比冲性能偏低 ，而比冲正是推进剂性能最关键的指标之一 。“学化学的都清楚，性质是组成和结构的综合反映 。”令工程师于君印象深刻的是，接到项目时大家都很愁 ，石油基航天煤油能分析出的物质多达上千种 。项目组分工协作 ，着手分析石油基航天煤油的组成和性质 。数据是165所作为试验所最核心的“宝藏”之一 。两周多的时间里 ，于君统计出13年间应用于发动机试车的近200批次石油基航天煤油的相关数据 。于君敏锐地发现石油基航天煤油的指标在国军标要求范围内不断变化 ，进而证明其组成也在一定范围内不断变化 ，从试车情况看 ，这种变化并未影响发动机正常试验 。这一结论为项目组打开了新的研制思路：从族组成入手结合表观指标分析 ，开展原料油品的筛选工作 ，选择族组成和性质与石油基航天煤油接近的油品作为基础油，进一步开展配方研究 。“按下葫芦浮起瓢”的困境在原料油筛选过程中 ，工程师杨超 、于君等人的足迹遍及河南 、山西等多地 ，并从全国各地采购油品进行分析测试 。在研制和生产过程中 ，煤基航天煤油的许多指标控制难度很高，要满足此前石油基航天煤油的标准要求且能量性能不降低 ，主要指标之间往往是“按下葫芦浮起瓢” 。项目组创造性地提出 ，采用关键指标理论计算与实验结合的方式进行配方研究 ，最终确定了粘度等指标的最佳理论计算方法 。进入关键组分提取阶段 ，工程师韩伟等人克服工艺验证不充分等困难；进入配方研究阶段 ，为研究出稳定 、可靠的配方 ，项目组的同事们付出艰辛的努力，最终解决了比冲偏低的问题 。在项目组成员的齐心奋斗下 ，最终突破了煤基航天煤油的核心配方、性能调节等关键技术 ，成功研制出所有技术指标均满足石油基航天煤油国军标要求的煤基航天煤油。后续发动机热试车结果也表明 ，煤基航天煤油和石油基航天煤油性能一致 ，研制取得初步成功 。
欣喜于成功的同时 ，165所没有停止煤基航天煤油配方中基础油的备份工作 。该所继续与客户开展焦油基煤油用于航天煤油的可行性研究 ，并成功拓宽我国航天能源燃料供给来源。十年辛苦不负有心之人伴随着研制有条不紊地开展 ，煤基航天煤油标准规范的建立工作也在逐步推进 。2018年1月，165所暂行技术条件建立 ，3月顺利通过六院评审 。同年4月 ，该所开展煤基航天煤油生产系统建设 ，10月完成首件生产 。经测试满足技术要求 ，显著提升生产效率和质量可靠性 。2019年3月 ，煤基航天煤油成功应用于商业航天开式循环发生器试车 ，正式步入国内商业航天领域 。煤基航天煤油要想应用飞行 ，摆在眼前的还有工艺试车这一关 。2021年8月 ，六院召开专题评审会，确认煤基航天煤油可应用于发动机工艺试车 。在此基础上 ，165所还完成了煤基航天煤油与石油基航天煤油掺混试验研究 ，验证二者在发动机试车及型号发射使用时 ，可相互掺混 、相互代用，成功降低用户油品替代成本和难度 。2022年7月 ，《煤基航天煤油规范》国军标顺利通过最终评审 ，煤基航天煤油正式拿到了应用于飞行发射任务的“入门券” 。2023年2月，煤基航天煤油飞行应用可行性评审会在北京召开 ，来自集团公司各条型号战线的专家一致认为 ，煤基航天煤油各项性能指标符合国军标要求 ，工艺稳定 、质量可靠 ，可用于新一代运载火箭飞行使用 。自此 ，煤基航天煤油迎来应用飞行的曙光 。在上级支持下 ，165所与天兵科技达成合作 ，国内商业航天首枚液体运载火箭“天龙二号”发射使用的煤基航天煤油、点火剂、三级推进剂等均由该所提供 。4月2日天龙二号火箭成功首飞 。十年辛苦不负有心之人 ，让运载火箭烧上“煤”的梦想最终成真 ，既创造了世界首次的历史 ，也为后续煤基航天煤油应用于我国新一代运载火箭发射奠定坚实基础 。文/李佳霖 王玮婕 于君图/王玮婕编辑/ 苗珊珊 姜琼琼审核/杨成监制/索阿娣
