百吨级苍穹-90完成130秒试车，星河动力攻克火箭深度变推关键技术

文/苏星河 「星盾局」出品

可重复使用火箭正在从“能不能回收”进入“能不能稳定、低成本地反复回收”的新阶段，而发动机能否在一次飞行中覆盖从大推力起飞到小推力着陆的不同工况，正成为其中的关键技术之一。

9月10日，星河动力航天宣布，公司近日在牛头山试车台完成大型可重复使用液体运载火箭智神星二号主发动机——新一代百吨级CQ-90（苍穹-90）液氧/煤油发动机130秒长程额定工况试车。

据星河动力介绍，此次试车过程中发动机运行平稳，各项性能指标均达到设计要求。这也意味着CQ-90已经完成20余次研究性攻关试车，正式进入可靠性验证试车阶段，距离工程化定型和飞行应用又近了一步。

更值得关注的是，CQ-90并不是简单地把一台小推力发动机“做大”，而是在此前苍穹-50针栓式变推力发动机技术基础上，进一步向百吨级、大范围深度变推和重复使用场景推进。

发动机是液体火箭的核心动力系统，而对于可重复使用火箭而言，它承担的任务比传统一次性火箭更加复杂。

传统运载火箭在发射阶段通常需要发动机尽可能输出高推力，以获得足够的起飞加速度；但到了返回和着陆阶段，火箭需要的恰恰是另一种能力——发动机必须能够快速、稳定地降低推力，并且在较小推力区间内保持足够精确的控制能力。

这也是“深度变推”对于可重复使用火箭的重要意义。

按照星河动力公布的数据，CQ-90采用燃气发生器循环，海平面推力覆盖30吨至120吨，推力调节范围达到30%～120%，海平面比冲不低于282秒，推重比超过150。

换句话说，同一台发动机既可以提供最高120吨级推力，也能够将推力降低至30吨级，从而覆盖火箭上升段和返回着陆阶段的不同动力需求。

对于智神星二号这样的可重复使用液体运载火箭而言，这种能力尤其重要。火箭起飞时需要大推力，而一级返回过程中又需要发动机具备较大的调节空间，用于减速、悬停式控制以及最终着陆阶段的速度控制。

因此，CQ-90真正值得关注的地方，并不仅仅是“百吨级”三个字，而是百吨级发动机与大范围深度变推能力结合起来之后，对重复使用火箭带来的系统价值

CQ-90的技术路线，也延续了星河动力此前在针栓式发动机上的积累。

星河动力此前已经完成苍穹-50发动机的研制。这款50吨级针栓式变推力发动机累计热试车时间超过23000秒，并验证了针栓式喷注、深度变推以及多次起动等关键技术。

在液体火箭发动机中，喷注器负责将燃料和氧化剂按照设计要求送入燃烧室并形成合适的喷注、混合状态。对于需要大范围调节推力的发动机而言，发动机不仅要在额定工况下工作稳定，还必须在推力发生明显变化时维持良好的燃烧状态。

针栓式喷注器的特点之一，就是能够通过调节相关结构和流量分配，实现较大的推力调节范围。因此，它天然适合需要深度变推的可重复使用火箭动力系统。

星河动力此次披露，CQ-90采用新型高性能可调针栓喷注器，推力室燃烧效率超过97%。这意味着星河动力此前在CQ-50上积累的针栓式变推技术，正在进一步向更大推力等级拓展。

而这也是此次CQ-90试车最值得关注的技术信号之一：中国商业航天企业正在尝试把此前已经经过长时间地面验证的深度变推技术，从50吨级进一步推向百吨级。

除了发动机本身的动力性能，CQ-90还有一个明显特点，就是大量采用增材制造技术。

星河动力表示，CQ-90超过90%的部组件采用3D打印制造，其中推力室燃温较高部段采用全3D打印铜合金设计。

这并不只是为了“制造方式看起来更先进”。

液体火箭发动机内部存在大量复杂流道和高温区域，传统加工方式在面对复杂内部结构时往往存在加工难度高、零部件数量多、装配环节复杂等问题。3D打印则可以直接制造一些传统工艺较难实现的复杂结构，从而减少零部件数量，并有机会缩短制造周期。

对于商业航天企业而言，这一点尤其重要。

因为可重复使用火箭最终追求的不只是把火箭送上天，而是降低单次发射成本。如果发动机每制造一台都需要大量复杂加工和装配，那么即便火箭本身可以重复使用，整体运营成本仍然可能受到制造效率限制。

因此，CQ-90把3D打印大规模引入发动机制造，本质上也是在为未来更高频率的火箭生产和使用做准备。

在发动机总体设计上，CQ-90同样针对重复使用火箭的实际需求进行了优化。

星河动力介绍，该发动机采用泵后摆总体布局，可以实现±6°双向摇摆。

火箭飞行过程中，需要通过发动机摆动改变推力方向，从而实现姿态控制。对于需要回收的一级火箭而言，这种能力的重要性会进一步提升，因为返回过程中火箭需要进行更加复杂的姿态和轨迹调整。

CQ-90通过泵后摆布局，在实现发动机摆动能力的同时，可以减小伺服机构包络和力矩需求，使发动机整体结构更加紧凑。

与此同时，发动机还采用同轴分体式双级高速涡轮泵和分级喷注燃气发生器，以满足不同工况下的工作需求。

这些设计最终指向的是同一个目标：让发动机不仅能够产生足够大的推力，还能够在尽可能宽的工作范围内保持稳定。

从技术研发流程来看，完成一次130秒额定工况试车，并不意味着CQ-90已经完成全部验证。

星河动力此次公布的信息显示，CQ-90目前已经完成20余次研究性攻关试车，并由研究性试验阶段进入可靠性验证试车阶段。

这实际上是一个重要节点。

火箭发动机从实验室走向实际飞行，需要经历的不只是推力和比冲等性能指标验证，还需要证明发动机能够长期稳定工作，能够承受复杂的热、力、振动环境，并且具备重复起动、变推以及多次使用所要求的可靠性。

尤其对于可重复使用火箭而言，发动机面对的考验更加严格。

一次飞行结束之后，发动机还需要接受检查、维护，并再次执行飞行任务。因此，发动机的寿命、可靠性、可维护性以及制造一致性，最终都会影响火箭的商业化效率。

从这个角度看，CQ-90此次130秒长程试车的意义，与其说是完成了一个单独的“时间指标”，不如说是百吨级深度变推发动机开始从技术攻关真正迈向工程化验证

过去几年，中国商业航天最受关注的往往是火箭发射数量、卫星互联网以及可重复使用火箭。

但随着重复使用火箭逐渐进入工程验证阶段，行业竞争正在向更加底层的动力系统延伸。

一枚火箭能否真正实现低成本、高频次发射，很大程度上取决于发动机。

推力决定火箭能否起飞，效率影响有效载荷能力，变推能力决定发动机能否覆盖更多飞行阶段，而可靠性和寿命则直接决定火箭究竟能够重复使用多少次。

CQ-90的路线恰恰覆盖了其中几个关键指标：百吨级推力、30%～120%的深度变推、液氧煤油推进剂、较高推重比，以及面向批量制造的3D打印技术。

对于星河动力而言，这款发动机的最终目标也已经非常明确——成为智神星二号重复使用火箭的核心动力，并支撑其子级垂直回收。

因此，130秒只是一个节点，而不是终点。

接下来，CQ-90还需要通过更加严格的可靠性验证以及后续工程试验，最终接受实际飞行环境的检验。如果这些环节能够顺利完成，那么星河动力此前在苍穹-50上积累的针栓式深度变推技术，将进一步从50吨级迈向百吨级，并有望成为其下一代可重复使用火箭动力系统的重要技术底座。

对于正在加速发展的中国商业航天来说，这或许比单纯增加一款新火箭更加重要：真正决定重复使用火箭能否走向规模化的，最终还是发动机能不能经得住一次又一次的点火、飞行、回收与再使用。