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固體火箭發動機（固體 rocket motor 簡稱：SRM）是指使用固體的化學火箭發動機，又稱固體推進劑火箭發動機。固體火箭發動機由藥柱、燃燒室、噴管和點火裝置等部件組成。按照燃燒室的結構形式，固體火箭發動機分為整體式固體發動機和分段式固體發動機等類型。

固體火箭發動機最早可以追溯到1947年，加州理工學院古根海姆航空實驗室團隊試飛了一枚名為“雷鳥”的試驗火箭，使用的就是聚硫橡膠基。2021年10月19日，中國自主研制、推力達500噸的整體式固體火箭發動機在陜西西安試車成功，發動機由中國航天科技集團第四研究院研制，直徑3.5米，裝藥量150噸，推力達500噸。

固體火箭發動機與相比較，具有結構簡單，密度大，推進劑可以儲存在燃燒室中常備待用和操縱方便可靠等優點，固體火箭發動機主要用作，導彈和探空火箭的發動機，以及航天器發射和飛機起飛的助推發動機。

歷史沿革

中國

1956年1月20日，彭德懷在中央軍委會議上指出：“我們要解決火箭防空、海上發射火箭武器的問題。”隨后，中央軍委多次召開會議研究關于發展航空火箭技術與制造導彈的問題。1960年仿制的第一枚近程火箭發射成功，拉開了中國研制運載火箭的序幕。

1964年6月29日，中國自主研制的第一枚中近程運載火箭發射成功。同年10月第一顆原子彈爆炸成功后，解決遠程運載工具已成為緊迫任務。

1970年3月26日，首枚長征一號運載火箭出廠，運往酒泉衛星發射中心。4月14日，周恩來總理、李先念副總理等在人民大會堂聽取剛從酒泉衛星發射中心返回北京的參試人員代表關于長征一號在技術陣地測試情況的匯報。周總理鼓勵參試人員要謙虛謹慎，過細工作，搞好協作，并預祝發射一舉成功。1971年3月3日，長征一號運載火箭又成功地發射了科學探測與技術試驗衛星-實踐一號衛星。

1980年5月18日，中國首次向南太平洋預定海域發射遠程運載火箭，精確地沿著預定軌道飛完全程，最后在預定區域準確入海，發射獲得圓滿成功。這是繼原子彈、氫彈、導彈核武器研制和人造衛星發射成功后，中國在尖端科學技術領域取得的又一重大成就。

1990年7月16日，中國新研制的長征二號系列運載火箭捆綁式運載火箭第一次試驗性發射獲得成功。這次發射標志著中國的運載火箭技術和發射能力有了新的發展和提高。

2009年，中國航天科技集團四院在集團公司總部及總體單位支持下，成功研制了當時國內推力最大的整體式固體火箭發動機，直徑2米、裝藥量35噸、推力為120噸。其成功研制，直接推動了中國長征系列火箭中首型全固體火箭長征十一號的立項研制，成為航天固體動力向宇航運載領域拓展的重要里程碑。

2014年，中國國務院出臺了《關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》，首次提出鼓勵社會資本參與民用空間基礎設施建設，空間領域正式對全社會開放，隨后各類商業航天公司相繼成立，中國商業航天進入了快速發展軌道。

2018年10月，藍箭空間科技有限公司研制的首枚民營運載火箭朱雀一號遙一發射升空，升空402s后因末修姿控動力系統工作異常，未能進入預定軌道，發射任務失敗。

2019年7月，星際榮耀空間科技有限公司研制的雙曲線一號遙一運載火箭成功發射，將衛星及有效載荷送入300km軌道，實現了中國民營商業運載火箭入軌零的突破。

2020年12月30日，中國自主研制的民用航天首臺3.2米3分段大型在完成首次地面試車，這是我國目前為止推力最大的。

2021年10月19日，中國自主研制、推力達500噸的在陜西西安試車成功，發動機由中國航天科技集團第四研究院研制，直徑3.5米，裝藥量150噸，推力達500噸。

國際

1942年，古根海姆航空實驗室的查爾斯·巴特利和在的基礎上發明了固化。

1947年，加州理工大學古根海姆航空實驗室團隊試飛了一枚名為“雷鳥”的試驗火箭。這枚試驗火箭使用的就是聚硫橡膠基，以高蠶酸銨[ǎn]和高的混合物作為。這個發動機經過改進后，為空射提供動力。由于第二次世界大戰的需要，美國建立了生產炸彈的矢車菊軍械庫(BOP)。

1952年，美國空軍為了開發生產噴氣輔助起飛(JATO)火箭的推進劑，BOP 被啟用更名為第66號空軍工廠，1955 年，新研發的固體推進劑使M15A1-JATO在16s的燃燒時間內平均推力達到4.5kN。

1957年10月4日，成功發射了斯普特尼克工。在1959年，火箭技術公司測試了的第一級發動機。

1959年，美國首次提出的軸向分段藥柱設計的發展并于兩年后開始對不同直徑的分段助推器進行了測試，到了1964年，就已經測試到了直徑為3.96m的分段助推器，之后又在1965年，空軍主力的土衛Ⅲ-C火箭成功首飛。

1965-1967年間，美國史上最大的3臺發動機建造完成并進行了點火：直徑為6.6 m的航空噴氣公司的發動機，被用來代替V登月火箭的第一級。制造了3臺直徑為6.6 m的發動機，而每臺的長度都是48.88 m全尺寸模型助推器的一半。每臺發動機都裝有762000kg的。

20世紀60年代末期到70年代中期期間，美國與蘇聯進行導彈競賽，導致復合推進劑技術快速并穩定地發展。常見的聚氨酯和丙烯酸黏合劑基推進劑的顆粒濃度是有限的，約為85%。端羥基聚丁二烯聚合物的出現使推進劑中的顆粒濃度增加到88%。隨后，端羥基聚丁二烯(HTPB) 黏合劑使顆粒濃度可以達到 90%以上，這些都促進了遠程導彈的出現。

20世紀70年代晚期到80年代中期，研究的重點是空射戰術火箭發動機。在越南戰爭期間，發動機尾部的濃煙使截機將自己所在位置暴露給地面或空中的敵人。這促使了少煙推進劑的研發。這種推進劑采用端輕基聚丁二烯(HTPB)和高氯酸錢《AP)，產物中無凝聚相顆粒排出。

1991年，美國設計了第四代導彈發動機AIM-120，其先進中距空空導彈(AMRAAM)采用少煙固體火箭發動機，AIM-120導彈至今已服役20多年期間經過持續改進產生了4種型號。

2003年，美國設計的AIM-9X導彈是“響尾蛇”系列的最新型號，屬于第四代近距空空導彈。其沿用AIM-9M導彈的Mk36 Mod11少煙固體火箭發動機，但是在后端安裝了由美國阿連特技術系統公司研制的推力向量控制裝置。

2014年，在俄羅斯的幫助下，印度成功發射了地球同步衛星運載火箭(GSLV)Mk-3，(GSLV)Mk-3的運載能力比極地軌道衛星運載火箭強，其捆綁助推器S200性能參數位于世界前列。

2022年12月15日上午，朝鮮國防科學院下屬某研究所在成功進行該國首個推力為140噸的大功率固體燃料發動機地上點火試驗。朝鮮最高領導人金正恩現場指導試驗。朝方表示，此次試驗旨在驗證采用推力向量控制技術的大功率固體酒精發動機的可靠性和安全性。金正恩評價道，此次試驗又向落實八大提出的五年規劃領域五大核心課題前進一步，期待另一款新型戰略武器在短期內問世。

基本原理

固體火箭發動機屬于化學火箭發動機，用固態物質（能源和工質）作為推進劑。固體推進劑點燃后在燃燒室中燃燒，產生高溫高壓的燃氣，即把化學能轉化為熱能；燃氣經噴管膨脹加速，熱能轉化為動能，以極高的速度從噴管排出從而產生推力推動導彈向前飛行。

固體火箭發動機推進系統屬于噴氣推進系統范疇。是應用化學推進劑的化學能，燃燒經過劇烈的化學反應過程生產高溫（ 2500～4000K）、高壓（幾個到幾十個Mpa）的燃燒產物，將推進劑所蘊藏的部分化學能轉換為燃燒產物的熱能，燃燒產物從燃燒室流入噴管，通過這個特殊形狀的管道，燃氣產物膨脹加速，使其流速由亞音速轉變為超音速，并從噴管中高速噴出，將燃燒產物的熱能轉換為氣流的動能。高速氣流從噴管中噴出，于是就產生直接反作用力-推力，推動飛行器運動，并轉換為飛行器的動能。

主要結構

固體火箭發動機主要由固體火箭推進劑裝藥、燃燒室、噴管和點火裝置等部件組成，其中固體推進劑配方及成型工藝、噴管設計及采用材料與制造工藝、殼體材料及制造工藝是最為關鍵的環節，直接影響固體發動機的性能。固體推進劑配方各種組分的混合物可以用壓伸成型工藝預制成藥柱再裝填到殼體內，也可以直接在殼體內進行貼壁澆鑄。殼體直接用作燃燒室。噴管用于超音速排出燃氣，產生推力；噴管組件還要有推力向量控制（TVC）系統來控制導彈的飛行姿勢。點火裝置在點火指令控制下解除安全保險并點燃發發射藥產生高溫高壓火焰用于點燃殼體內的推進劑。

推進劑裝藥

包含燃燒劑、氧化劑和其他組分是固體火箭發動機的能源部分。裝藥必須有一定的幾何形狀和尺寸，其燃燒面的變化必須符合一定的規律，才能實現預期的推力變化要求。推力室是火箭發動機的關鍵部件，它將儲存在中的化學能轉換為產生推力所需的動能。推力室包括噴注器、燃燒室和噴管。從理論上講，燃料和被集中到燃燒室內，產生高溫高壓氣體。之后，這些燃氣在噴管內膨脹，將壓力和溫度轉變為速度。燃氣流動到喉部，產生熱壅塞，達到音速。之后繼續在噴管擴張，以超聲速膨脹。最終，內能轉換為動能，產生動量推力。推力室由噴注器、燃燒室和噴管構成。圖2顯示了有積分噴管的推力室內的關鍵工作過程。通過噴注器進人并經歷一系列復雜的過程，比如霧化、蒸發、混合、化學反應及膨脹。燃燒室包含高壓、高溫燃氣，并必須維持穩定燃燒。然后，這些燃氣通過噴管膨脹。擴張噴管開始于喉部平面的尾部，是燃燒室結構中的典型積分環節。在很多情況下，使用單獨延伸的噴管進一步使燃氣膨脹并增加推力。

燃燒室

是貯存裝藥的容器，也是裝藥燃燒的工作室。因此不僅要有一定的容積，而且還需具有對高溫、高壓氣體的承載能力。燃燒室材料大多采用高強度的金屬材料，也有采用玻璃纖維纏繞加樹脂成型的玻璃鋼結構，可以大幅減輕燃燒室殼體的重量。燃燒室材料選擇高強度，比如英高625和英高鎳7l8被廣泛應用。對于中等強度需求，耐腐蝕是可取的，因為它有低成本和易于焊接的特性。個別也應用一些特殊材料。比如，由于獨特的高導電性、中等強度以及延展性，周密設計的銅合金常被用于燃燒室內熱通道壁面。此外，高溫合金，比如記和銖通常應用在薄膜冷卻推進器中。各個部分燃燒室都采用焊接和焊連接，主要部件通過螺栓固定在一起，螺栓提供了靈活性，但是會增加重量負擔。

點火裝置

用于點燃裝藥的裝置。一般采用電點火，由電發火管和點火劑組成。對液體和固液混合火箭來說，進入燃燒室都必須立刻點火。液體進入燃燒室后點火延遲毫秒級時間，都會導致過量液體進入，點燃后產生的高溫氣體會超過燃燒室設計最大壓力，從而引起災難性后果。這叫做“硬啟動”。氣體推進劑不會出現硬啟動，因為噴注口總面積小于噴管口面積，點火前即使燃燒室充滿氣體也不會形成高壓。固體推進劑通常使用一次性火工設備點燃。點火后，燃燒室可以維持燃燒，點火器不再需要。發動機停機幾秒鐘后，燃燒室可以自動重點火。然而一旦燃燒室冷卻，許多發動機都不能再點火。

噴管

通過噴喉面積來控制燃氣的流量，以達到控制燃燒室內燃氣壓強的目的。其次，燃氣通過噴管進行膨脹加速，形成超音速氣流高速向后噴出，產生反作用推力。為了使亞音速流能加速為超音速流，都采用截面形狀先收斂后擴張的拉瓦爾噴管。由于噴管始終承受著高溫、高壓、高速氣流的沖刷，尤其在喉部情況更為嚴重，因此需要在喉部采用耐高溫耐沖刷的材料作喉襯，并在內表面采取相應的熱防護措施。

性能參數

推力

是衡量火箭發動機工作能力大小的一個參數。發動機的推力隨著火箭的上升、周圍大氣壓力的下降而不斷增大，因此表示同一臺發動機推力有三種方式，即海平面推力（大氣壓力為101千帕、溫度為15℃時的推力）、地面推力（在地面試車臺上測到的推力或按地面所處的環境壓力和溫度換算得到的推力）和真空推力（在大氣壓力為0的條件下的推力）。

比沖

是指單位流量產生的推力。比沖高，既表示推進劑能量高，又表示發動機效率高，它是兩者結合的結果。因此，比沖的高低是衡量發動機性能的一個重要參數。同推力的表示方式一樣，比沖亦有海平面比沖、地面比沖和真空比沖之分。

混合比

是指發動機質量流量與燃燒劑質量流量之比。混合比是通過發動機試車實際測量得到的，而混合比偏差則是通過對狀態一樣的發動機多次性能試車獲得的統計數據進行計算分析得到的。混合比偏差大，運載火箭所裝的安全余量要留得多，這將直接影響運載火箭的運載能力。因此，減小發動機的混合比偏差也是提高運載火箭運載能力的有效途徑之一。

主要分類

整體式固體火箭發動機

整體式固體火箭發動機是一種特殊的火箭發動機，其特點是燃燒室和推進劑被制成一體，從而實現了更高的結構強度和剛度。這種發動機通常采用高性能纖維復合材料作為殼體，具有重量輕、結構強度高的優點。整體式固體火箭發動機的推進劑被整體裝填在燃燒室中，可以實現更高的裝填密度和燃燒效率。

20世紀50年代美國把導彈技術向航天領域轉化，相繼出現了飛馬座、金牛座、雅典娜、米諾陶等運載火箭。飛馬座、雅典娜都采用三級直徑相同的固體火箭發動機。

分段式固體火箭發動機

分段式固體火箭發動機是將燃燒室和推進劑分段制造，各段之間通過密封連接結構組成整體。這種發動機通常采用高性能纖維復合材料作為殼體，具有重量輕、結構強度高的優點。同時，分段式固體火箭發動機的推進劑被分段裝填在燃燒室中。

20世紀60年代美國形成了大力神、寧宙神、航天飛機和戰神等系列的分段式固體火箭發動機，大力神-4A使用7段式SRM助推器。大力神-4B采用3段式SRMU助推器，從1959年至2005年退役，共發射368次，航天飛機空問運輸系統在1972年提出，采用4段式RSRM助推，由于預算嚴重超支，航天飛機在2011年退出歷史舞臺，期間共執行135次任務。為了進行載人深空探測，2011年美國提出太空發射系統(SLS)計劃，其采用固體5段式助推，南RSRM改進演變，SLS可以超重型運載，技術更為先進。

雙脈沖固體火箭發動機

最早的雙脈沖固體火箭發動機出現在20世紀90年代，德國Bayern-Chemie/Protac(BC/P)公司采用可移動分離裝置實現多脈沖，其原理類似閥門，且內含點火器，脈沖藥柱1燃燒時。可移動分離裝置關閉，脈沖藥柱2燃燒時，可移動分離裝置開啟。

基于易碎隔板設計理念，1994年BC/P公司研制了雙脈沖固體火箭發動機，2個燃燒室通過易碎隔板分離，經過不斷改進，最終成功實現靜態點火。

應用領域

火箭

在近程和中程的火箭中，一般采用一級或兩級固體火箭發動機。

軍事領域

對于大型戰略洲際導彈都采用多級固體火箭發動機作為動力推進裝置。

航天技術

固體火箭推進技術已被廣泛用于各種航天飛行器和運載工具。還可用于反衛星武器的動力裝置，由于它能在外層空間環境中長期貯存，并可隨時待命發射，因此在未來的衛星—太空防御系統中會得到進一步的發展和應用。

其他推進裝置

在飛機起飛時可采用固體火箭發動機作為起飛助推動力裝置，用來縮短飛機的起飛跑道，或增加起飛重量。

經濟建設

固體火箭推進技術在民用領域也得到多方面的應用。如探空氣象火箭、防冰雹火箭，另外還可用于快速埋置錨錠、系縛船舶、水下穿纜、兩山之間架設通訊電線、消防滅火等。

發展趨勢

長壽命

由于長壽命、免維修固體發動機巨大的軍事和經濟效益，世界各軍事強國在該領域投入的財力和人力在不斷增加，并在某些單項技術上有所突破。例如，為了實現民兵Ⅱ導彈發動機的延壽計劃，美國已研制出貯存壽命超過17年的襯層材料。目前，制約發動機整體貯存壽命的瓶頸因素是點火器和在復雜貯存環境下的密封圈壽命，隨著這些因素的解決，固體發動機的免維修貯存壽命將會進一步增加。