突破!NASA爆震引擎推力近3吨!日本已完成太空测试:中国进展怎样？

据NASA官网报道，美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心成功测试了一种旋转爆炸火箭发动机 (RDRE)，运行时产生了5,800磅推力（超过2.6吨），同时还创造了同类发动机运行的新纪录251秒。

另据公开报道，另一爆震发动机研发大国日本已经将这种发动机送到了近太空测试，并且也获得了成功，在该领域起步晚但进展很快的中国进度如何，在爆震发动机研发上有没有落后？

NASA爆震引擎推力3吨：RDRE是什么发动机？

NASA在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的工程师托马斯·蒂斯利 (Thomas Teasley) 表示，RERE的测试已进行过两次，上一次测试是在2022年夏季进行，那次测试时间将近一分钟，推力达到4000磅（约合1.8吨），而这次测试则完全超过了上一次测试，甚至还可能将这种引擎扩展到不同推力等级。

“RDRE 实现了设计效率的巨大飞跃，”他表示： “这表明我们距离制造轻型推进系统又近了一步，这将使我们能够将更多的质量和有效载荷进一步送入深空”。托马斯·蒂斯利还称，这种发动机支持所有类型的航天器统并最大限度地发挥其推力服务各种任务，从着陆器到上级发动机再到超音速逆向推进（一种减速技术），可以将更大的有效载荷（甚至人类）降落在火星表面。

RDRE是什么发动机？

RDRE的全称是Rotating Detonation Rocket Engine(旋转爆震火箭发动机)，这种发动机名字听起来很拗口，但事实上也比较复杂，下文简单说说这种发动机，让大家有个简单的认识。

首先明确一下，这也是一种喷气式发动机，但却类似于活塞式发动机的燃烧过程，是与以往喷气式发动机不同体制的“爆炸燃烧”发动机，原理是将空气与燃料在燃烧室中一爆炸比例混合，点燃后一爆炸的方式释放能量。

由于其爆炸火焰传播速度高达5-6马赫以上，并且爆炸时将产生超高压模式扩散，排气速度很高，燃料利用率也比稳定燃烧的喷气式发动机要高得多，爆震发动机是下一代发动机的方向，目前各国都在研究如何提高推重比以及推力。

旋转爆震则是爆震发动机的一个重要突破方向，以目前而言，爆震发动机一般有脉冲爆震（PDE）、旋转爆震（RDE）和ODE（斜爆震）三种，PDE的燃烧室是独立的，进气、爆炸、排气太复杂，爆震频率上不去，推力和推重比都受到影响，因此组成多管爆震的方式，目前也有所突破，但爆震频率还是存在瓶颈。

单管的PDE

第二种就是旋转爆震的模式，这种爆震发动机很有想法，将一个环形燃烧室根据进气口分割成N个爆震燃烧区域，启动后沿着环形燃烧室周而复始的爆震，由此而得名为旋转爆震，这种爆震发动机频率可调，可以多个进气口合并为一个爆震区域，是目前发展最快的爆震发动机，推力最高的如NASA已经超过2.6吨了。

还有一种是斜爆震，这种发动机有些类似于超然冲压发动机发动机，但不同的是其燃烧模式非连续，而是爆震燃烧，要求比较苛刻，速度达到8~10马赫以上才能被点燃测试，因此能测试斜爆震的风洞寥寥无几，我国能达到最高速30马赫的JF-22风洞走在了全球前列，央视就曾披露斜爆震发动机有突破性进展。

这三类发动机的优势是速域很宽，从零速度到高超音速，并且这种发动机居然还几乎没有像涡轮发动机那样复杂的涡轮结构，可维护性非常好，与火箭以及其他航空发动机相比较有非常大的优势。

而RDRE旋转爆震发动机则是将旋转爆震与火箭结合的一种模式，除了斜爆震外脉冲爆震与旋转爆震都能零速度启动，性能相当不错，但这种属于吸气式发动机，大概能支撑到30~40千米高空，再往上就没有足够氧气了，如果是空天飞机，此时就必须切换到火箭模式飞行。

目前设想中的空天飞机都是组合发动机实现的，比如涡轮喷气发动机+超燃冲压发动机+火箭发动机并联，这种发动机结构复杂，重量也比较大。那么有么有一种发动机可以从零速度直接飞到太空不需要切换呢？答案是有的，将爆震发动机切换到火箭模式即可。

将爆震发动机的进气道封闭，在进气道中注入氧气再混入燃料，就将爆震发动机改成了爆震火箭，它的优点是不言而喻的，燃料利用率比纯火箭发动机要高出不少，不过在火箭领域一般都是用比冲来形容发动机的效率：

据《航空动力》期刊上发表的论文称，相对于相同推力量级的常规火箭发动机，旋转爆震火箭发动机的推力提高了10%，比冲提高了10%～15%。

比如常规的偏二甲肼与四氧化二氮的火箭比冲一般在270左右，分级燃烧循环的煤油机能到330左右，膨胀循环的氢氧发动机能到450左右，火箭的比冲提升非常困难，旋转爆震发动机直接就能将比冲提升10%以上，这可是相当不容易的成就。

NASA的RDRE在什么水准？

笔者这样说吧，在公开的RDRE测试中，NASA不仅做到了推力第一，并且还做到了大推力下持续时间第一，2.6吨的推力，如果按航空动力计算的话，大概可以推动大约10吨左右的飞行器，不过这种发动机属于火箭类，其应用场合是近地轨道的航天器或者从地球飞向月球以及火星的航天器的发动机。

从近地轨道飞向火星，这个推重比不是按地球上飞行器的推重比计算，主要考虑比冲，因为即使在几十牛的持续推力下也能达到非常高的速度，如果能达到几百牛的推力，那么抵达火星时间将会从半年减少到数月，如果能达到几千牛，那么时间可能将会缩短至一月甚至更短。

当然NASA得2.6吨推力的RDRE也没法将前往火星的时间再缩短，因为刚刚举例的推力与时间对应的是比冲高达1500~3000的离子火箭，而只能将比冲提高15%的RDRE还达不到这个层次，但时间节省半个月或者成本节约几千万美元（燃料携带少了）还是非常有可能的。

日本已完成太空测试: 中国进展怎样了?

NASA进展不错，但让人意外的是日本在这方面进展也不错，并且还早已完成了太空测试！2021年7月27日，JAXA（日本航天局）成功测试了一种使用甲烷和氧气的旋转爆震火箭发动机：

日本时间7月27日凌晨5点30分，鹿儿岛内之浦航天发射中心，一枚S-520-31探空火箭准时起飞，这枚火箭能将100千克的载荷送到300千米的太空，这次的载荷是一台RDRE发动机，在第一级分离后，RDRE发动机开始了工作，工作了大约6秒钟，之后另一种PDE（脉冲爆震）发动机被启动，工作了2秒。

据JAXA给出的数据，探空火箭上装备的RDRE发动机可以产生500牛顿的推力，同时表示，尽管目前推力还比较小，但这种发动机燃料利用率比较高，能以更少的燃料与更轻的重量进入太空，是一种非常具有应用前景的发动机，JAXA还表示他们的目标是在5年内投入实际应用。

日本的RDRE发动机水平如何？

笔者查了下资料，除了在2021年7月27日的测试外，还在2023年2月27日做了第二次测试，也是作为S-520-31探空火箭的第二級，以下为这次测试的数据：

• RDE的推力为518N，
• 比冲为290±18sec，
• 旋转扭矩为0.26N·m。
• 另外还“确认发动机运行稳定”

说实话这个指标水平还是比较一般的，尤其无法和NASA在马歇尔太空中心的第一次测试相比，2023年1月25日，NASA在马歇尔太空中心测试了RDRE发动机，最大推力超过17.78kN（1.8吨），平均室压达到了4.29MPa，达到了同类发动机有记录以来的最高室压，当然12月20日的这次测试比上一次测试推力还要大。

中国的RDE发动机水平如何？

中国关于RDE发动机的研究资料很少公布，尤其是具体数据类，要么就是一段苦涩难懂的“八股文”，不过各位也不用在意，我们在RDE方面的研究也有公开的，比如在今年9月份的西北某机场就测试了FB-1旋转爆震发动机，而且还是装在无人机上测试，从机场起飞，绕了十几分钟后才返回机场。

这台FB-1发动机是我国民营企业推重比公司研制的，推力并没有公布，不过今年3月份推重比公开测试的一款发动机为1000N级别，也就是100千克级，目前已经可以供给无人机领域使用了，简单地说已经达到了量产级别。

FB-1属于自吸气的旋转爆震发动机，属于RDE，只能在大气层内使用，和RDRE属于两个赛道，不过中国实在没有公开过RDRE的测试数据，因此不太好判断，但RDE技术成熟，绝对可以反哺RDRE的研究，毕竟两者技术都是相通的。

当然大家也必须要注意到推重比公司只是一家民营企业，这个推力100千克级别的发动机已经是货架产品，那么各大高校以及相关研究机构的产品数据只会更好，比如2022年1月24日，清华航天就曾公布过旋转爆震发动机的研究，但那八股文看不出数据：

“一级火箭分离后，将级发动机供油到燃油高度和加速。煤油雾化喷燃烧室，工作系统顺利启动，燃烧室进入航空燃烧状态，发动机获得持续推动力，试验进入圆满成功。”

笔者实在是看不出这种发动机的数据，目前参与这项研究的还包括西工大以及官方的多个研究所，尽管笔者不清楚中国目前研究达到的层次，但有一点是可以肯定的，中国在常规航空喷气发动机方面的研究确实有些落后，目前WS-15出来也只是赶上了美国以前的水平，但在新体制发动机研发方面却从未落下，甚至在某些方面的研究还是遥遥领先的。

所以各位可以放心了，日本这点水平实在不值得吹，NASA的技术倒是不错，实在没法拿到国内的研究数据，难以对比，笔者认为，中国水平绝不会差，或者与NASA处在同一水准甚至更高。