2024年5月，我国首台发动机垂直高空模拟试验台点火试验圆满成功。7月，新一代载人运载火箭三级液氢液氧发动机通过试验台架，完成高空模拟环境长程试验，验证了我国最大喷管面积比液氢液氧发动机长程运行的可行性。本次试验圆满成功。
近日，亚洲最大的航天发动机高空模拟试验台在陕西铜川建成并投入使用。这实现了航天发动机高空模拟试验能力的重大跨越，彰显了我国在高空模拟试验技术领域的领先地位，标志着我国载人登月工程主减速器发动机高空模拟试验关键技术取得重大突破，将有力保障和支撑载人登月探测工程的顺利开展。
什么是航天发动机试验台？它的作用是什么？高空模拟试验台有什么特别之处？在本文中一探究竟。
什么是航天发动机试验台？
“航天发展，动力为先”，这是航天领域共识。在太空探索中，航天发动机为运载火箭等航天器飞行太空提供动力。如果把发动机看作是火箭的“心脏”，那么航天发动机试验台就像是火箭“心脏”的监视器，是专门用来测试火箭发动机性能的地面试验设施，通常由试验车间、承重墩、导槽、测控中心、测控系统、试验架等组成，可模拟发动机的工作环境，对火箭发动机的性能、功能、强度、可靠性等方面进行验证和评估，保证发动机在实际飞行中能稳定可靠地工作。
为什么要建造航天发动机试验台？
航天发动机研制是一项复杂而精细的工程，不仅需要深厚的理论基础和先进的计算仿真技术，还需要依靠实际的点火试验来验证设计的准确性和可靠性。因此，在发动机研制过程中，理论与实践的结合必不可少。发动机试验台架上装有各种高精度传感器，它们是发动机试验的“感官”，可以在点火试验过程中实时监测发动机的关键参数。通过这些精确的测量，研究人员可以直观地观察到发动机在实际工作中的性能，从而对发动机的性能有全面深入的了解。这些试验参数不仅为研究人员提供了发动机工作状态的各项指标，也是评估发动机性能的重要依据。通过将试验结果与设计预期进行比较，研究人员可以发现设计中的不足之处，并对发动机进行必要的改进和优化。
为什么不同的发动机需要“量身定制”的试验台架？
从类型上看，由于每种发动机都有自己独特的设计和性能参数，决定了试验所需的具体环境和条件，这就意味着一个试验台无法解决“一揽子”发动机试验工作。需要根据不同类型的发动机建设不同类型的试验台，使试验环境和发动机的实际工作环境尽可能一致。为此，试验台也可以进行分类。例如：
根据试验台结构形式、推进剂贮箱容量、测控设备的不同，可分为大型试验台和中小型试验台。
可分为液氧液氢发动机试验台、液氧煤油发动机试验台、常温可储存发动机试验台。
试验台架分为稳态试验和动态试验两种，稳态试验主要测试发动机稳态推力、压强性能指标，通过长期稳定运行来验证发动机设计、制造质量；动态试验则侧重研究推力、压强上升阶段的过渡过程和下降阶段后效冲量的变化特性。
分为卧式试验台和立式试验台，卧式试验台用途广泛，发动机在工作过程中质量变化对推力测量影响不大，但同时这种试验台对侧向力的敏感度较低；立式试验台又分为直立式和倒立式。
从安全角度来说，试验台必须保证试验过程的安全，不同的发动机在点火时会产生不同的推力和热流，所以需要特殊的导槽和冷却系统来应对。
从测量角度看，为了获得准确的试验数据，试验台上的传感器和测量设备需要与发动机的具体参数相匹配。例如，推力测量系统必须能够在特定的范围内精确测量推力。
从模拟环境来看，试验台架是模拟发动机在实际飞行中可能遇到的各种情况，包括高空模拟、振动环境等，不同发动机的飞行条件可能有所不同，因此需要特定的模拟环境。
从成本效益的角度来看，为不同的发动机设计和建造专用的测试台可以提高测试的效率和准确性，从长远来看可以节省时间和资源。
从技术发展角度看，航天发动机研制技术的进步会伴随新的试验需求，专用试验台架的建设可以为新型发动机提供必要的试验支持。
高空模拟试验台为何会成为发展趋势？
发射时，运载火箭上面级等航天器的发动机在80多公里的高空处于低压状态，其高空性能与地面有很大区别。由于发动机在地面静止时无法模拟影响结构强度的气动和热载荷，需要高空模拟试验台营造高空条件。通常通过抽真空形成30~40公里的低压环境，模拟高空飞行条件。高空模拟试验台主要用于考核发动机在低压真空环境下的喷管结构和性能，保证高空运行的可靠性。通过高空模拟热试车，可以提高试验的安全性，及时发现和消除故障，为先进发动机研制提供关键支撑。
随着航天发动机试验台的不断建设和完善，将为各型航天器发动机的研制和试验提供更加先进、可靠的平台。
