固體推進(jìn)劑技術(shù)從無(wú)到有，從低級(jí)到高級(jí)，遵循著自身發(fā)展的特殊規(guī)律。研究、分析和總結(jié)固體推進(jìn)劑技術(shù)發(fā)展的規(guī)律及創(chuàng)新機(jī)制，有利于國(guó)內(nèi)固體推進(jìn)劑技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

1．固體推進(jìn)劑技術(shù)創(chuàng)新規(guī)律

從發(fā)明黑火藥到現(xiàn)在的高能固體推進(jìn)劑，固體推進(jìn)劑技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)百年的發(fā)展，但真正使得固體推進(jìn)劑技術(shù)產(chǎn)生翻天覆地變化的僅僅是二戰(zhàn)后的數(shù)十年的時(shí)間，在這期間，新品種固體推進(jìn)劑不斷涌現(xiàn)。其中，聚硫推進(jìn)劑、端羧基聚丁二烯推進(jìn)劑(CTPB)、端羥基聚丁二烯推進(jìn)劑(HTPB)和硝酸酯增塑的聚醚推進(jìn)劑(NEPE)的開(kāi)發(fā)成功，更是具有劃時(shí)代的里程碑。圖1顯示了固體推進(jìn)劑技術(shù)的發(fā)展歷程。

圖1 固體推進(jìn)劑發(fā)展歷程

(1)固體推進(jìn)劑的技術(shù)發(fā)展規(guī)律

分析固體推進(jìn)劑的更新?lián)Q代歷程和技術(shù)發(fā)展，有以下規(guī)律：

① 能量始終是推進(jìn)劑追求的目標(biāo)；

② 粘合劑一直是推進(jìn)劑發(fā)展的主線；

③ 推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)思路不斷更新；

④ 交叉、互補(bǔ)促進(jìn)推進(jìn)劑新品種產(chǎn)生；

⑤ 宇航、戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)型號(hào)的新需求推動(dòng)了推進(jìn)劑技術(shù)的發(fā)展。

隨著高性能武器系統(tǒng)和航天發(fā)射的"需求牽引"，高能量、低特征信號(hào)、低易損、低成本、低污染、靈活的能量管理和高可靠性成為當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間固體推進(jìn)劑新的發(fā)展方向。

(2)固體推進(jìn)劑的技術(shù)創(chuàng)新規(guī)律

①能量主線論

第一次創(chuàng)新 硝化棉吸收大量硝酸酯， 提高Tc，使雙基推進(jìn)劑能量顯著高于黑火藥。

第三次創(chuàng)新 加入大量金屬鋁粉等，提高Tc，又一次顯著提高了推進(jìn)劑的能量。

②粘合劑牽引論

固體推進(jìn)的發(fā)展總是以新粘合劑的成功應(yīng)用為前提的，具體表現(xiàn)在：

第一次創(chuàng)新 高分子硝化纖維的出現(xiàn)，產(chǎn)生雙基推進(jìn)劑，使推進(jìn)劑能量顯著高于黑火藥。

第二次創(chuàng)新 合成高分子的技術(shù)進(jìn)步，聚硫橡膠、聚氯乙烯聚物的出現(xiàn)，導(dǎo)致了復(fù)合固體推進(jìn)劑的產(chǎn)生。

第三次創(chuàng)新 合成高聚物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是聚氨酯化學(xué)工業(yè)的進(jìn)步，產(chǎn)生了聚氨酯、聚丁二烯丙烯酸推進(jìn)劑、聚丁二烯丙烯酸丙烯腈推進(jìn)劑、端羧基聚丁二烯推進(jìn)劑和端羥基聚丁二烯推進(jìn)劑、NEPE推進(jìn)劑等。

第四次創(chuàng)新 在固體推進(jìn)劑的粘合劑中引入含能基團(tuán)，產(chǎn)生含能粘合劑推進(jìn)劑，如疊氮推進(jìn)劑等。

跨學(xué)科、跨專業(yè)的交叉融合，使固體推進(jìn)劑技術(shù)發(fā)生了一次又一次的飛躍，詳見(jiàn)圖2。

④能量輸入論(或能量組合論)

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是具有動(dòng)能的工質(zhì)由噴管膨脹排出，利用作用力與反作用力定律推動(dòng)火箭向預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)。其關(guān)鍵是工質(zhì)蘊(yùn)涵能量的多少，如果其能量越高，推力就越大，火箭射程也越遠(yuǎn)。

工質(zhì)一般是氣體分子或離子，也可以是更小的微粒。輸入工質(zhì)的能量一般有化學(xué)能(如液體推進(jìn)劑、固體推進(jìn)劑等)、電能(如電推進(jìn))、磁能、光能、核能(核推進(jìn))等。因此，根據(jù)輸入的不同能量形式，將產(chǎn)生不同類型的推進(jìn)方式，如激光化學(xué)推進(jìn)技術(shù)。

圖2 學(xué)科融合對(duì)推進(jìn)劑技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用

2． 國(guó)外固體推進(jìn)劑技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

(1)國(guó)外戰(zhàn)略導(dǎo)彈

世界上最先進(jìn)的戰(zhàn)略導(dǎo)彈是美國(guó)的三叉戟II-D5導(dǎo)彈和俄羅斯的布拉瓦導(dǎo)彈，分析其代表的固體推進(jìn)劑技術(shù)發(fā)展的方向?yàn)椋?/p>

① 高性能(高比沖、高力學(xué)性能，適應(yīng)高壓強(qiáng)工作)；

② 強(qiáng)突防(速燃、能量管理)；

利用多目標(biāo)情景分析法，分別計(jì)算九江市各縣在經(jīng)濟(jì)發(fā)展型、協(xié)調(diào)發(fā)展型和節(jié)水型3種情景下灌溉保證率P=50%，灌溉保證率P=75%情況下九江山塘2013年(現(xiàn)狀年)的供水量為4.61億m3，總需水量為3.98億m3，糧食產(chǎn)量為27.74萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量為5.29萬(wàn)t，總產(chǎn)值為12.5億元，可承載人口為9.25萬(wàn)人，種植面積為8.13萬(wàn)hm2。灌溉保證率P=75%情況下九江2020年(規(guī)劃年)、2030年(規(guī)劃年)各縣山塘的供水量、用水量以、相應(yīng)的糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量和總產(chǎn)值等，具體如表4。

③ 更高使用性能需求(高精度、環(huán)境適應(yīng)性)；

④ 長(zhǎng)壽命需求。

(2)國(guó)外防空反導(dǎo)導(dǎo)彈

國(guó)外先進(jìn)防空反導(dǎo)導(dǎo)彈正朝著"高壓強(qiáng)、雙脈沖、低易損"的方向發(fā)展，具有代表性的導(dǎo)彈型號(hào)有美國(guó)的PAC-3、THAAD、SM-3導(dǎo)彈和俄羅斯的C-400、C-500導(dǎo)彈，分析動(dòng)力系統(tǒng)用固體推進(jìn)劑呈現(xiàn)出的典型技術(shù)特點(diǎn)有：

① 采用超高壓強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量提升；

② 用于雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量管理；

③ 采用低易損、低殘?jiān)?、低燃速推進(jìn)劑提升安全性；

④ 高壓強(qiáng)不穩(wěn)定燃燒抑制技術(shù)。

(3)國(guó)外固體沖壓導(dǎo)彈

美、歐、俄、日等國(guó)在固體沖壓導(dǎo)彈技術(shù)方面開(kāi)展了多年的研究、制訂了詳細(xì)的發(fā)展計(jì)劃，一些型號(hào)即將裝備部隊(duì)，分析其固體推進(jìn)劑技術(shù)發(fā)展方向主要有：

① 推進(jìn)劑由早期的中能鋁鎂貧氧推進(jìn)劑向高能量的含硼貧氧推進(jìn)劑、碳?xì)錈o(wú)煙貧氧推進(jìn)劑和GAP貧氧推進(jìn)劑等方向發(fā)展。

② 由亞燃向超燃領(lǐng)域拓展成為了固體沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的重要發(fā)展方向。

(4)國(guó)外運(yùn)載火箭固體火箭或助推器

美、歐、俄、日等航天大國(guó)已成功應(yīng)用了多種型號(hào)的全固體運(yùn)載火箭和固體助推器，并不斷升級(jí)，分析該領(lǐng)域應(yīng)用的固體推進(jìn)劑技術(shù)有以下特征：

① 國(guó)外固體運(yùn)載用固體推進(jìn)劑最大限度地采用戰(zhàn)略導(dǎo)彈的成熟產(chǎn)品和成熟技術(shù)，快速形成具備一定運(yùn)載能力的全固體運(yùn)載火箭，并不斷提高其可靠性。

② 固體推進(jìn)劑普遍采用低燃速、低殘?jiān)⒏弑葲_HTPB推進(jìn)劑。

③ 低成本設(shè)計(jì)理念貫穿整個(gè)研發(fā)過(guò)程，低熔溫?zé)崴苄怨腆w推進(jìn)劑技術(shù)有望得到應(yīng)用。

3． 固體推進(jìn)劑技術(shù)未來(lái)發(fā)展展望

目前，乃至未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，固體推進(jìn)劑技術(shù)將處于一個(gè)發(fā)展的平臺(tái)區(qū)，這也很有可能是一個(gè)快速發(fā)展的孕育期。未來(lái)可能在以下三個(gè)方面將取得突破。

(1)新型含能物質(zhì)將取得突破

新型高能物質(zhì)具有代表性的有：籠形富氮張力環(huán)化合物，激發(fā)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)和原子簇、分子簇化合物，富氫化合物，氟氮類化合物等。高氮、全氮化合物以及氫原子工質(zhì)的高效利用，將給固體推進(jìn)劑技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)變革，推動(dòng)比沖300s以上新型高能推進(jìn)劑的研發(fā)步伐。

(2)先進(jìn)的高能固體推進(jìn)劑配方將分階段進(jìn)步

隨著高能量密度材料的成功應(yīng)用，高能固體推進(jìn)劑配方的進(jìn)步將按照近期理論比沖達(dá)到280 s、中期能量比NEPE高10%左右，理論比沖達(dá)到290 s、遠(yuǎn)期能量較NEPE顯著提高，理論比沖達(dá)到300 s以上的目標(biāo)分階段發(fā)展。

(3)交叉融合技術(shù)不斷推進(jìn)新發(fā)展

跨專業(yè)、跨學(xué)科的深度交叉融合，將推動(dòng)固體推進(jìn)劑技術(shù)不斷創(chuàng)新。

① 高能富燃料推進(jìn)劑技術(shù)，引入新型高密度烴或顯著改善硼粉的燃燒效率，而使固體沖壓或超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)能量充分發(fā)揮。

② 高能膏體/凝膠推進(jìn)劑技術(shù)，滿足高能和靈活的能量管理雙重作用。

③ 低溫、熱塑性彈性體固體推進(jìn)劑技術(shù)(隨溫度發(fā)生可逆相態(tài)變化)。

④ 跨學(xué)科、跨專業(yè)的組合推進(jìn)技術(shù)。