让火箭能烧“煤”，中国航天黑科技

 

很多人都听说过，中国研发出了煤基航天煤油，也就是用煤来制造航天煤油的事情。听起来，好像也就是解决了高度依赖石油的难题，最多算是石油制品的替代品，性能有可能还比不上以前的航天煤油，没有什么好炫耀的。实际上，全世界掌握煤制航空煤油的国家不少，但掌握煤制航天煤油并实现产业化的，中国是独一份。另外，如果大家了解航天煤油成分有多特殊，用煤来制造航天煤油有多困难，煤基航天煤油有什么优势，大家也就不这么说了。今天就跟大家一起了解一下不一般的煤基航天煤油。

了解汽车的朋友都知道，越高档的汽车，对油品的要求就越高，赛车比普通汽车对油品的要求都高，飞机又比各种汽车对油品的要求高，而火箭对油品的要求又是比飞机还要高的，这样你就理解航天煤油的可贵之处了吧。火箭是一次性的，每次的发射成本非常高昂，一旦发射失败，其损失非常大。这也意味着，每次航天发射对火箭生产本身以及火箭的燃料要求都是极高的，不容许差不多、凑合着。

 

就像刚刚说的，航天煤油比航空煤油生产标准要求更高，中国已经掌握了航空煤油的生产技术，航空煤油实现自给自足已经没有问题。但是航空煤油是不能给火箭用的，航空煤油产量虽高，但航天煤油却不能借上东风。据报道，全国只有一个油田的石油适合用来生产合格的航天煤油。国外航天煤油很多，但想进口，却是很困难的事情，成本高不说，还会受到很多限制。

 

其他火箭燃料往往都是单一成分的，比如液氢、液氧、甲烷、偏二甲肼，往往纯度越高，效果越好，生产这些燃料努力提高纯度就好了，至少保证一个最低纯度就行，研发和生产难度不大。但航天煤油不行，煤油本身就不是一种简单的物质，它是由很多成分混合在一起的，说有几十种物质一点都不夸张。不同类型的煤油，成分组成也不一样，工业煤油、飞机用煤油和火箭用煤油的成分差异都很大。所有的煤油都不是单一的成分，或多或少都有其它成分存在。煤油里面主要有烷烃、烯烃和芳香烃三大类成分，其中烷烃最多，是所有煤油的主要成分。大家应该能想到，不同的成分有不同的特点，每种成分有优点也有缺点，大家混合在一起可以实现优势互补，相互之间并不是简单的替代关系，这时候配比就显得尤其重要了。

 

正是因为煤油由多种成分混合而成，所以不同的油品成分不一样，性能也不一样。对于性能容忍度比较高的用途，比如煤油灯、打火机，各种煤油都可以用，但对于要求高的领域，比如航空航天领域的发动机，换一种油品，有可能直接损伤发动机或者管路。尤其是航天发动机，换一种油品需要慎之又慎。因为火箭发射需要严格控制各种参数，让所有参数都在可控范围内，发射的成功率才能控制好。尤其是发动机，各种参数都是反复试验得到的，通过不断试车和发射获得稳定的技术参数。

 

火箭系统非常复杂，工作环境也非常复杂，一个阀门、一个管道出问题都有可能是致命性的。成熟的火箭都是反复磨合的结果，可靠性是通过性能参数的稳定性来确保的。一旦更换一种燃料，性能参数就会发生变化，带来的不确定性，是很难控制的，正所谓差之毫厘谬以千里。

 

正因如此，航天煤油的提炼，不是随便一种石油就可以的，因为每一种石油的成分跟其他石油都不一样，同样的提炼流程，不同石油得到的煤油成分也不一样，性能参数也不一样。换一种石油，就会得到差别很大的煤油，虽然从宏观指标上差异不大，比如沸点、燃点、闪点这些参数，但更具体的一些参数还是会有变化，毕竟成分变了。换一种煤油，就算主要参数指标一致，也需要不断试验和磨合才能最终确定能不能用。

 

就比如中国研发的煤基航天煤油，2006年左右启动煤基航天煤油的相关研究，虽然在配方上早有突破，但直到2015年才宣布初步试验成功，2017年8月才真正实现热试车成功，一直到2022年底，一共参与各型号发动机热试车220余次，通过大量试车，才基本确定煤基航天煤油和现役航天煤油在主要性能参数上保持一致，比如比冲性能、冷却特性、流阻性能、燃烧特性等。这才基本确定，煤基航天煤油可以应用到航天飞行中，也就是以后发射的长征五号、长征六号、长征七号等火箭可以使用煤基航天煤油了。如此谨慎的替换过程，大家也就知道研发一款新型的航天煤油有多难了吧。

 

越复杂的成分，复制的难度就越大，就像我们耳熟能详的那些名酒，比如茅台、五粮液、路易十六、82年的拉菲等等，想复制一瓶一模一样的，非常困难。就算你能够通过分析测试手段知道复制对象的具体成分，想实现工业化复制依然无比困难。实现相同成分困难，而要实现不同成分相同性能，难度也是可想而知的。

 

当然，最大的好处就是可以摆脱对石油的依赖。我们都知道，石油是临近枯竭的不可再生资源，而中国石油绝大多数是依赖进口的，一旦石油供应中断，对中国各行各业的影响是非常大的，这也正是中国不断发展新能源产业的主要动力。相对来说煤虽然也是不可再生资源，但储量却远远高于石油，中国还是世界上煤储量最高的国家之一，此外，随着环保压力的越来越大，用煤直接做燃料的场景将越来越少，科学利用煤炭资源也是当务之急。生产并使用煤基航天煤油，对于确保燃料稳定供应和稳定燃料价格有非常重要的意义。

 

用煤来生产的煤油，相对于石油提炼的煤油来说，成分更简单，绝大多数都是烷烃，而且是链烷烃为主，非常适合作为原料煤油，根据需要调配生产合适参数的航空航天煤油。煤基航天煤油，目前最大的优势是成分稳定性高，也就是不同生产批次生产的煤油，成分一致性非常好，有利于长期稳定生产，使用也不容易出问题。煤基航天煤油还有一个优势就是含硫和含氮的物质非常少，生产过程中就减少了有害成分分离的难度，对环境也更加友好。

 

有朋友会说了，都是用来飞的，都叫煤油，为啥火箭就不能烧航空煤油呢？超音速飞机用的煤油，油品应该也不会差吧，为啥火箭也不能用？因为火箭发动机的工作原理和飞机发动机工作原理不一样，火箭内部管路和发动机对油品的要求与飞机差别也很大，专门为飞机优化的煤油，用到火箭上很有可能会出事故。

比如航空用煤油跟我们日常使用的汽油一样需要有一定的抗爆性能。不抗爆的汽油或煤油是会损伤发动机的。我们汽车用汽油的牌号就是用来表示抗爆性能的。往油品里面添加一定量的芳香烃，就可以起到抗爆的作用。航空用煤油就需要含有一定量的芳香烃才行。但是火箭发动机工作原理不一样，对燃料抗爆性的要求并不高，但对燃料储存稳定性的要求很高。燃料如果被氧化，就会形成沉淀，堵塞管路，甚至会腐蚀金属。芳香烃的稳定性是比较差的，在航天煤油里面含量太多的话，就容易被氧化，也容易在高温状态下结焦，影响火箭工作的稳定性。芳香烃的燃烧性能、热值、比冲等性能也不是很好，影响火箭性能的发挥。所以用在飞机上的煤油是不能直接用在火箭上的。