二級固體火箭發動機
固體火箭發動機原理
固體火箭發動機為使用固體推進劑的化學火箭發動機。固體推進劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。固體火箭發動機由藥柱、燃燒室、噴管組件和點火裝置等組成。藥柱是由推進劑與少量添加劑製成的中空圓柱體(中空部分為燃燒面，其橫截面形狀有圓形、星形等)。藥柱置於燃燒室(一般即為發動機殼體)中。在推進劑燃燒時，燃燒室須承受2500-3500度的高溫和102-2×107帕的高壓力，所以須用高強度合金鋼、鈦合金或複合材料製造，並在藥柱與燃燒內壁間裝備隔熱襯。點火裝置用於點燃藥柱，通常由電發火管和火藥盒(裝黑火藥或煙火劑)組成。通電後由電熱絲點燃黑火藥，再由黑火藥點火燃藥拄。噴管除使燃氣膨脹加速產生推力外，為了控制推力方向，常與推力向量控制系統組成噴管組件。該系統能改變燃氣噴射角度，從而實現推力方向的改變。 藥柱燃燒完畢，發動機便停止工作。
固體火箭發動機的優勢
固體火箭發動機與液體火箭發動機相比較，具有結構簡單，推進劑密度大，推進劑可以儲存在燃燒到中常備待用和操縱方便可靠等優點。缺點是"比沖"小(也叫比推力，是發動機推力與每秒消耗推進劑重量的比值，單位為秒)。固體火箭發動機比沖在250-300秒，工作時間短，加速度大導致推力不易控制，重複起動困難，從而不利於載人飛行。固體火箭發動機主要用作火箭彈、導彈和探空火箭的，以及航天器發射和飛機起飛的助推發動機。
設計方案
固體火箭發動機藥柱燃燒過程中燃面面積的精確計算在固體火箭發動機設計中一直占有重要地位，國內外學者對此也提出了很多計算方法，像通用坐標法、有限元素法和邊界坐標法等，但這些方法基本都是數值法，其輸入複雜，無法顯示燃燒過程中燃面的精確變化，計算精度不高且容易產生燃面波動。隨着計算機軟硬件的飛速發展，尤其是通用CAD軟件的發展，為解決這一問題提供了許多基於圖形處理的新方法。
中國最大的分段式固體火箭發動機試車成功
2020年12月30日，由中國航天科技集團四院(簡稱「四院」)自主研製的中國直徑最大、裝藥量最大、工作時間最長的固體分段式助推器--民用航天3.2米3分段大型固體火箭發動機地面熱試車取得圓滿成功。
本次試驗的成功，進一步驗證了中國大型分段式固體火箭發動機設計方案及其關鍵技術，極大提升了中國大型固體火箭發動機的技術水平，將有力推動中國航天新一代運載火箭能力的提升與拓展。
據了解，由於固體發動機具有結構簡單、可靠性高和機動性好，易實現大推力，可長時間儲存等優勢，採用固體助推器與液體芯級發動機組合，可以充分發揮固體大推力、液體長時間高比沖的技術優點，從而實現運載火箭動力系統技術性與經濟性的完美結合。
直徑3.2米分段式固體助推發動機是四院進軍民用商業航天領域的代表性產品，也是四院固體火箭發動機家族中名副其實的「大力士」。2018年，在民用航天項目的支撐下，四院啟動了規模更大的直徑3.2米3分段技術驗證固體發動機的研製工作。
四院大推力固體發動機總設計師王健儒介紹，研製團隊詳細比對各種技術方案，順利攻克了大直徑分段殼體成型精度控制與可靠連接密封技術、大型燃燒室熱防護結構設計與成型技術、分段式發動機燃燒穩定性設計技術、大型噴管RTM擴張段設計與成型技術等多項重大關鍵技術，解決了技術難點10餘項，形成了新設計方法5套、新工藝3套、編制設計規範6篇，具有完全自主知識產權。
該發動機創新性地首次驗證了多分段發動機點火瞬態流場匹配性仿真技術，應用了NBR和CFBR組成的複合絕熱結構成型方法，突破了低成本大尺寸噴管結構設計與成型技術，更重要的是為大型多分段發動機總裝與總測技術研究提供了支撐。
同時，四院積極開展大協作，充分利用社會資源，集中力量攻克難關，克服了直徑和規模增大帶來的發動機機加、探傷、對接、裝配、運輸、檢測、試驗等多項研製和生產難題，終於取得了發動機試車的成功，再一次刷新了中國大型分段式固體發動機的多項紀錄。
未來，3.2米發動機可以應用於大型、重型運載火箭固體助推器中，將單段規模進行拓展，發動機推力將大幅提升，可滿足中國空間裝備、載人登月、深空探索的不同發展需求，為建立並完善國內的固體、液體運載火箭相結合的完善的航天運輸系統，構建國內快速空間信息支援能力和控制空間能力提供更加強大有力的動力支撐。
據悉，四院立足中國運載火箭型譜化發展需求，進一步加大攻關力度、加快研製步伐，正在開展綜合性能達到世界先進水平的500t大推力的整體式固體發動機研究，全力推進固體動力技術在中國未來新型運載火箭中的應用，助力中國人把視野拓展到更為遙遠的星宇深空。