朱森元，中国运载火箭技术研究院研究员，博士生导师，1995年被选为中科院院士。1930年出生，江苏溧阳人，毕业于莫斯科包曼高工研究生院，回国后参加过我国第一代地地导弹的研制，1970年开始主持氢氧火箭发动机的预先研究，转为型号研制后继续参加研制工作。直到第一，第二颗通讯卫星成功发射。
朱森元院士曾任国家高技术发展计划(863计划)航天领域专家组成员，火箭发动机和大型运载火箭专家组组长，国家高技术航天领域863-702专家组技术咨询专家。
曾获国家科技进步一等奖。2001年2月获国家科技部和解放军总装备部授予的“国家863计划十五周年先进个人”奖牌和荣誉证书。
氢氧火箭发动机的特点
20世纪60年代初苏联和美国展开载人登月竞赛美国非常重视大推力氢氧火箭发动机的研制，其“土星-5号”载人登月运载火箭，除一级由五台大推力液氧煤油发动机组成的助推器外，二级和三级火箭都用大推力氢氧火箭发动机，因此起飞重量只有2950吨，结构简单、性能先进、可靠性高，成功地实现了6次载人登月，当时苏联虽有技术最先进的液氧煤油火箭发动机，但推力较小，单机推力只有150吨。由于没有重视大推力氢氧火箭发动机的研制。苏联只能用“科学-1号”运载火箭。助推器由32台单机液氧煤油发动机捆绑而成，起飞重量高达3 800吨，不仅性能不先进，而且结构复杂，可靠性很低，两次发射都以失败而告终，所以所有航天技术发达国家都追求用先进的氢氧火箭发动机作运载火箭的动力装置。
氢氧火箭发动机和普通火箭发动机一样，由涡轮泵将推进剂增压到设计值后，送入燃烧室燃烧，产生高压高温燃气流，通过喷管转换成推力，推动火箭加速飞行。它最突出的优点是采用了高能的液氢液氧作推进剂。在化学推进剂中，氢氧火箭发动机的比冲最高，所谓比冲是指从喷管中每排出1千克／秒流量燃气，能产生多少千克推力之意。这是一个非常重要的性能数据，它不仅是火箭发动机先进性的标志，还决定着火箭的起飞质量。
要用液氢液氧作推进剂，必须解决一系列超低温技术：如超高转速液氢涡轮泵设计技术，液氢液氧高效率燃烧技术及莫再生冷却技术等。所谓超低温技术是指液氢的低温材料密封技术，液氢工业生产、贮存、运输技术，低温火箭贮箱绝热技术，液氢的加注、增压、排放及其安全操作等技术，若要使运载火箭技术进入国际先进行列，以上这些技术是首先必须解决的。 图片代码：
我国氢氧火箭发动机如何从基础研究走上工程应用?
早在1958至1960年间，钱学森任中国科学院力学所所长时，在北京怀柔就开始筹建氢氧火箭发动机的研究工作主要研究气氢液氧的燃烧技术，最初试验件的推力只有200千克，燃烧宰压力仅1.5兆帕，燃烧室身部用水作冷却剂。到1966年“文化大革命”时，研究工作被迫停止了。
1961年，当时的国防科委根据钱学森同志的建议成立140专业组，研究液氢在火箭上的应用问题，1962年6月，在国防部五院101站筹建液氢低温技术研究室，其主要任务是建立液氢生产车间(液氢生产能力为100升／小时)和相关的低温技术研究。
1965年3月，当时的一分院11所组建氢氧火箭发动机研究小组，同年9月国防科委在上海召开了140-3次专业会议，除101站和11所参加外，还有铁道部和燃化部等的机关人员参加。会上确定101站负责研制30米3真空多层绝热的试验液氢贮箱，铁道部负责研制40米3铁路运输液氢槽车，燃化部负责液氢工业生产 这次会议大大促进了液氢低温技术的发展。101站不仅加快了液氢生产车间建设的进度，而且考虑到减少大型超低温液氢贮箱研制的风险，先研制一个6.5米3真空多层绝热的液氢贮箱、3.5米3的公路运输液氢槽车以及通用的800升真空绝热的液氢高压试验贮箱。这些基础设施为氢氧火箭发动机各种部件的预先研究提供了必要的条件。
1966年9月14日，101站负责液氢生产车间的深冷液化设备系统调试成功，并成功地生产出液氢。由于“文化大革命”进入高潮，全部工作又停了下来。
第一次推动1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星发射成功后，随即提出了“三星一船”的发展规划，同年10月，任新民同志召集火箭总体部和发动机研究设计所几位技术人员研究：将“长征一号”运载火箭的固体三子级换成氢氧三子级火箭，能否用来运载导航卫星?大家对此问题很感兴趣，认为可列入发展规划开展研究于是火箭总体设计部提出了氢氧火箭发动机设计任务书的征求意见稿，要求真空推力为4吨，第一步为一次起动，由燃气舵控制推力向量，第二步要求二次起动和双向摇摆。这就是我国第一台氢氧火箭发动机(代号YF-70)设计任务书的来源，于是氢氧火箭发动机的预先研究正式展开。
1970年的政治形势对发展氢氧火箭发动机新技术研究非常不利，正常的科研生产指挥系统已经多年处于瘫痪状态采用三结合的形式开展预研比较适合当时的社会潮流。1970年12月15日，成立了设计、试验、生产三结合研制队伍，全部设计人员都下到车间开展设计由于设计人员的事业心很强，又能吃苦耐劳，工人师傅很欢迎知识分子和他们结合。积极主动支持氢氧火箭发动机新技术研究。因此在初期，简单的试验件研究工作进展很顺利，如早已下厂的800千克推力氢氧燃烧试验件，只用一个月左右就生产出来了，1971年春节前，当101站进行第一次800千克推力液氢液氧燃烧试验成功时，七机部的领导亲临现场来观看和祝贺。
三结合研制还加快了氢氧涡轮泵、低温活门等的研制工作。液氢泵和液氧泵是通过高速传动齿轮连接的，齿轮在30 K的超低温下的条件下工作，它的润滑问题如何解决?研制队伍于是决定自建超低温高速传动齿轮试验台，日夜奋战6个月，将11所高速泵试验台增加套低温系统，开展了高速传动齿轮润滑方案的筛选试验。通过6个方案的筛选，初步找到了固体润滑膜方案，突破了一个技术关键。
这种会战性的三结合研制，不仅解决了氢氧涡轮泵设计问题，也确定了氢氧发动机的推进剂供应系统方案，同时又找到一种低温工程塑料可用作液氢活门的密封材料，所以在那时的形势下三结合确实给氢氧发动机预研工作起到了“第一次推动”作用。
氢氧发动机的首次寒流在极左思潮横行的时候，不允许全力以赴的攻克技术关键，有人指责氢氧三结合是搞唯生产力论，忽视了对知识分子的改造等，于是不得不花很多时间去参加各种讲用会、批判会，接受再教育，更糟糕的是导航卫星运载任务亦莫名其妙地被取消了，氢氧发动机的预研工作几乎无人过问。
任何新技术的突破总不会一帆风顺的，氢氧火箭发动机亦不例外。研制过程
中的各种各样的怪现象也接踵而来。
验收3.5米3的液氢公路运输槽车时，需要加注液氢以检查它的日蒸发率但经过24小时加注后，制氢车间报告已加了3米3的液氢，但试验人员确认车内还没有液氢液氢都跑到哪里去了?经分析才发现，从制氢车间到液氢公路运输槽车的安全距离有30米，长距离管道输送系统的漏热问题没有解决，所以液氢在输送管内已经变成气氢了。
氢氧燃气发生器热试车，明明点着了火，但过一会儿，火焰冲出燃烧室外，在远离试验件2米处燃烧，而燃气发生器竟成为冷流喷射器，这显然是氢氧混合比严重偏离设计值造成的。怎么会自动变化氢氧混合比呢?
测量液氢液面用的陶瓷晶体片浸泡在液氢杜瓦瓶内，竟失去了信号，怀疑是线路松动，取出检查后再次放入液氧杜瓦瓶内，突然冲出火光，并伴有响声，这又是什么原因?
高速液氢低温轴承经常出现“短命”烧伤性破坏，设计方、使用方对故障分析意见不一，谁亦说不清液氢轴承的寿命和哪些因素有关。
种种迹象表明研制氢氧发动机不是那么容易。于是各种吹冷风的言论亦从多方面袭来，这阵寒流吹得氢氧火箭发动机的研制队伍处于低潮。
春天的到来
在发展规划中通讯卫星原定由“长征二号加常规三子级”来运载。1974年5月19日，敬爱的周总理批转了邮电部工人要求尽快发射通讯卫星的信。发射通讯卫星的呼声愈来愈高。接着国家计委、国防科委召开一系列会议，研究了各工业部的分工和卫星使用方针。
在两年的低潮中，一些同志提出用常温气氢作工质来驱动燃气涡轮，以加速液氢泵的研制进度，并在1974年3月气氢驱动液氢涡轮泵试验成功，测得液氢泵的“扬程一流量”特性比设计值还高一些。这是氢氧发动机低温技术的重大突破。各种各样的欢呼和赞扬亦多了起来。钱学森同志亦派秘书来了解情况。这些给氢氧发动机研制队伍带来了春天的喜悦。
1974年9月，七机部召开了通讯卫星运载方案的论证会，即所谓“748会议”。氢氧发动机研制队伍被邀在会上作了液氢涡轮泵试验研究的情况汇报，而且展示了一台经过液氢半系统试车的发动机实物，引起了与会者的重视。如果采用氢氧发动机作三子级动力装置，不仅可解决原运载方案的运载能力不足的问题，而且还能把我国航天运载火箭水平推上国际先进行列。问题是氢氧发动机尚有多少技术关键?能否如期把通信卫星送上天?在会上仍然是说不清楚。作为部领导的任新民同志没有四平八稳，安于现状，而是以敢冒风险和敢于攀登的精神，决心支持氢氧方案参加通讯卫星运载方案的竞争，于是会议决定“氢氧和常规两个方案同时并举，一年后再定”。这个决定对氢氧发动机的研制工作是一股强劲的东风。“748会议”后，经总体部的技术协调。要求将单管4吨推力的YF-70燃烧室改成4.5吨的四管并联燃烧室，这样总体部不仅可不再研制新的伺服机构，缩短研制战线，而且缩短了三子级长度，这是很受欢迎的总体方案。于是4.5吨推力四管并联燃烧室的氢氧发动机就成为新的方案，并命名为“YF-73氢氧火箭发动机”。1975年1月25日，我国第一台YF-70氢氧发动机进行了“憋压”点火起动，整机试车成功。氢氧火箭发动机的设计原理得到了验证。接着又连续多次发动机试车成功，这亦为YF-73氢氧火箭发动机设计积累了宝贵的技术资料。
1975年3月31日，毛泽东主席批准了我国自行研制通讯卫星计划，定名为“331工程”。这是一项举世瞩目的重点工程。所有参加单位和协作单位都把它列为重点任务。氢氧火箭发动机迎来了第二个高潮。
1976年3月，YF-73氢氧火箭发动机进行了第一次“憋压”点火起动，整机试车成功，试车数据表明发动机设计方案是可行的。接着又进行几次较长时间的整机试车亦都是成功的。任新民同志便考虑。是否把氢氧火箭发动机列为通讯卫星运载火箭的主攻方案?1976年8月七机部正式决定“三子级为氢氧火箭的长征三号”运载火箭成为我国通讯卫星运载火箭的主攻方案。后来的实践证明这是一个卓有远见的决策，它使我国运载火箭一跃而进入国际先进行列。
突破最后几个关键
1979年1月，YF-73氢氧火箭发动机第一次通过了500秒试车，这给整个331工程研制战线带来了开门红的喜讯。5月又通过了全程750秒的试车，9月开始了发动机二次起动试车成功，11月按照飞行程序要求进行全程二次起动加发动机摇摆试车亦取得成功。迎来了第三个“氢氧热”。
涡轮泵年——全力以赴攻克“次同步回旋共振”1980年4月25日，氢氧发动机进行大推力长程强度试车，第一次工作800秒已经通过，第二次起动后不到20秒，发动机工况下降，仍能在较低转速下完成主级700秒工作，并按正常程序关机。分解发动机时发现靠涡轮处的轴承已损坏，全部滚珠被压碎，散落在齿轮箱内，这是一起严重的故障。为什么液氢涡轮泵在一个轴承支撑下能低工况继续工作700秒呢?大家迷惑不解，各种假说都有，都不能自圆其说。实际上我们已遇上“次同步回旋共振”故障了。
涡轮泵工作转速低于第一临界转速者，其转子的轴称为“刚性”轴，高于第一临界转速者称为“柔性”轴。液氢的密度非常低，一颗乒乓球大小的液氢球，其重量正好和乒乓球相当。所以液氢泵，必须在高转速下工作，因而只有采用“柔性”轴才能满足性能需要。在“柔性”轴设计中最可怕的故障就是“次同步回旋共振”，因为它和很多因素有关，不可能一下子抓住要害立即解决。美国研制航天飞机主发动机过程中遇到过这种故障。美国很多转子动力学专家参与解决这个动力学上的难题。我们居然遇上了。怎么办?于是各种措施都得进行研究，辛辛苦苦围着涡轮泵转，节假日都在紧张的加班中度过，1980年是“辛苦年”、“不景气年”，或称“涡轮泵年”
研制人员在“文化大革命”中参观间谍飞机发动机的残骸分解时，对残骸中发现的“轴承弹性支撑”技术做过研究，并进行过它的仿制和试验研究如果用它来改变“柔性轴”的临界转速，可能是解决“次同步回旋共振”的有效措施 1981年的春天该措施很快试验成功“次同步回旋共振”问题就这样彻底解决了
神秘的火1981年发动机试车台进行了改进，发动机进行短程研究性试车时，试车间起大火而紧急关机，事后进行发动机气密检查时，竟查不出漏火的部位。
氧氧发动机总是在常温下装配而在低温下工作但有些部件处于深冷状态，有些部件又在高温下工作。它们的连接件必然承受着严重温度应力和剧烈的振动考验液氢又是最容易泄漏和着火的物质在发动机研制过程中已经解决过许多泄漏和着火的故障但总是“头痛医头，脚痛医脚”，没有系统的彻底解决问题
这次漏火故障重现，引起领导和
机关人员的不满，于是召开声势浩大的331工程动员大会，公开批评这是重复犯低级的错误，这是氢氧发动机不应该出现的倒退，气氛十分紧张、多年的实践告诉我们，凡是遇到故障原因一时查不出来的时候，采取综合治理的办法是有效的。于是“拉网”式的对所有连接件逐个检查，采取多种多样防火防漏的“十大措施”后，再也没有出过漏火问题。
火箭动力装置试车起动过程的缩火故障氢氧火箭发动机和上天用的液氢贮箱联合热试车，是运载火箭飞行之前的一项重要综合试验。它能综合考验火箭动力系统的工作协调性和结构可靠性，1982年7月，在前两次短程试车成功的基础上进行了第三次试车。正当大家注意观看预冷过程排出大量低温氢气而引发“白云”腾空飞舞时，话筒大声发出“起动点火”口令，立即看到火箭尾部喷出了火焰，但很快又缩了回去，接着又喷出火焰，很快又缩了回去，经过三次缩火发动机才转入主级。火箭动力系统全程试车“成功”而正常关机，这是怎么回事?立即组织人员进行试车数据分析，发现起动过程液氢泵的扬程三次下降到零，对应燃烧室三次灭火，显然是氢系统内有气造成的又进一步查出第一和第二次火箭动力系统试车，起动过程也有缩火故障，问题严重了 如果空中飞行时出现“缩火”，火箭非翻跟斗不可。经过分析认为这又和液氧的特性有关，一般液体在贮箱底部不可能有汽泡存在，但液氢不同，有时会出现较大范围的密度倒置现象，即贮箱底部有时出现低密度液氢，贮箱上半部是高密度液氢这和火箭总体方案上液氧箱放在下面，并和液氢箱共底有关。凸入液氢箱的半球形氧箱壳体是一种主要热源，受热而升温的低密度液氢，只能停留在下面。气氢又会停留在液氢箱下边的凹槽内，发动机起动过程是液氢泵抽吸能力逐步加大的过程，如果液氢贮箱出口导流结构设计得不合理，很容易将气团抽吸到泵的入口 于是采取两大措施：一是要求液氢泵能带一点“汽”起动：二是大力改进贮箱出口管的导流能力。“缩火”问题在1982年年底得到完全解决。
1983年8月14日，“长征三号”运载火箭氢氧三子级进行飞行前的“实际飞行演示”试车，只有试车完全成功才能取得去西昌发射场的“通行证”。这天试车台对面山坡上聚集了很多观众。试车开始了，第一次工作正常关机，模拟空中滑行段时间后进行第二次起动，发动机正常转入主级工作直到第二次关机，试车完全成功。大家欢呼跳跃庆祝成功接着马上就是准备去西昌之行。
1984年4月8日，我国第一颖通讯卫星发射成功。8天之后，即1984年4月16日通讯卫星成功地定点在东经125度赤道上空氢氧火箭发动机终于为祖国航天事业新飞跃作出了自己的贡献、回顾13年氢氧火箭发动机的研制历程，真是历尽千辛万苦，经过这么多次失败和成功的波折，困难时走投无路，疑是绝境，突然又绝处逢生，又突破一个关键真是“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”。登上现代科学技术新高峰的道路原来是一条磨练意志的道路，亦是一条催人奋进的道路。
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