从“猎鹰1”到“大猎鹰” SpaceX火箭真能飞到火星
来源:研究网 发表于2019-07-04 07:32:22 编辑:石原里美
摘要: 从猎鹰1到大猎鹰 SpaceX火箭真能飞到火星? 近来,美国太空探究技能公司的新闻有点多。4月,重型猎鹰火箭初次商业发射成功;同月,成功拿下价值6900万

 

从“猎鹰1”到“大猎鹰” SpaceX火箭真能飞到火星?

 

从“猎鹰1”到“大猎鹰” SpaceX火箭真能飞到火星?

 

从“猎鹰1”到“大猎鹰” SpaceX火箭真能飞到火星?

 

从“猎鹰1”到“大猎鹰” SpaceX火箭真能飞到火星?

从“猎鹰1”到“大猎鹰” SpaceX火箭真能飞到火星?

近来,美国太空探究技能公司的新闻有点多。4月,“重型猎鹰”火箭初次商业发射成功;同月,成功拿下价值6900万美元的“双小行星变向实验”使命订单;5月,“星链”方案“一箭六十星”发射使命一经发表就成为全球言论焦点,闪亮的卫星连成线成为夜空中的共同景色。

从“猎鹰1”“猎鹰9”到“重型猎鹰”再到携带着星际飞船的“大猎鹰”,SpaceX的火箭是怎样一步步晋级的?

2002年,马斯克正式投身商业航天,SpaceX破壳而出。一阵招兵买马后,重生的它要处理的榜首个问题便是搞出自己的火箭。直至2019年,低轨运载才能仅有420千克的“猎鹰1”在阅历3次失利后总算试射成功。

“猎鹰1”是当之无愧的小火箭,直径不到1.7米,高20米,一级火箭配备一台“灰背隼”发起机,二级也只要一台“红隼”发起机。SpaceX凭借“猎鹰1”的项目经历把握了火箭的研发、制作技能,特别是验证了“灰背隼”发起机的可靠性,在进行了几回发射后就将其“置之不理”。

2019年6月,长70米、直径3.7米、低轨运力超越10吨的“猎鹰9”首飞成功。只是两年,SpaceX就完结了从小型火箭到中型火箭的跨过。这首要有两方面原因:从规划上看,“猎鹰9”一级火箭选用9台与“猎鹰1”相同的发起机并联,二级也运用一台“灰背隼”发起机。因而,在“猎鹰1”的研发中,现已嵌入了对“猎鹰9”动力体系的研讨。从实验流程上看,SpaceX可谓“快马加鞭”,极尽简化之能事。2019年10月,“猎鹰9”才进行一级火箭焚烧实验,但只是一个月后,二级火箭焚烧实验随即展开;七个月后,直接开端首飞。

美国国家航空航天局曾称,假如依照传统的“开发流程”,“猎鹰9”的研发需求耗资40亿美元,而SpaceX开发“猎鹰1”和“猎鹰9”总共仅花费3.9亿美元。

2019年,SpaceX声称将用2年时刻完结“重型猎鹰”的开发。“重型猎鹰”看起来并不杂乱,便是把两个“猎鹰9”的一级火箭绑缚在一枚完好的“猎鹰9”上做助推器。但SpaceX将其完结用了近7年。一方面由于期间“猎鹰9”两次发射失利,耽误了研发进程;另一方面“绑缚”火箭触及的结构规划并没有那么简略;此外,SpaceX还腾出了许多精力进步“猎鹰9”的功能指标,并霸占了一级火箭收回技能。

2019年2月,低轨运力达63.8吨的“重型猎鹰”总算将马斯克的赤色“特斯拉”送上太空。从“猎鹰1”到“重型猎鹰”,10年时刻,SpaceX的火箭运力进步15倍。

火箭作为一个体系工程,发起机是其最中心的技能。从“猎鹰1”到“重型猎鹰”,“心”却没有变,都是选用“灰背隼”系列火箭发起机作为首要的动力来历。不同的是,一级火箭的发起机数量由1个进步到了27个。

“如此多的发起机并联面对作业同步性、一致性等问题,火箭动力体系的杂乱性也大幅上升。”闻名航天专家蒋天表明,并联方法能够下降对单台发起机的推力需求,防止研发更大推力发起机面对的大流量涡轮泵、大流量推力室等技能难题,特别是流量增大导致的地上实验体系匹配困难等问题。

蒋天介绍,“灰背隼”火箭发起机将液氧和火油作为推进剂,运用燃气发生器式泵压循环方法,结构简略、可靠性高。更特别的是,“灰背隼”选用了针栓式喷注器,以完结推力的接连可变,然后到达火箭笔直下降收回的意图。

“从火箭发起机原理上讲,完结接连推力调理的首要方法包含改动推进剂的供应量、改动发起机的喷管喉部面积、改动喷注面面积等。”蒋天进一步解释道,改动推进剂供应量和改动喷注器面积,是完结液体火箭发起机接连推力调理的首要方法,由于改动喷管喉部面积会带来热和烧蚀等问题。针栓式喷注器便是经过改动喷注面面积,操控燃料流量,完结发起机推力的大范围接连调理。

记者了解到,20世纪60年代,美国TRW公司最先将针栓式喷注器用于“阿波罗”方案着陆器的下降发起机上。SpaceX在建立之初挖走了TRW公司的火箭专家汤姆·穆勒,借此在火箭发起机技能上走了“捷径”。“灰背隼”包含多种类型,前期“灰背隼”-1A推力仅有340千牛,新式“灰背隼”-1D的推力则超越900千牛,且能从40%到100%接连改变。

“‘灰背隼’发起机首要在进步推力、进步推重比等方面加以改进。”蒋天称,其间由A型到B型改进了涡轮泵功能,进步了转速和扬程,由B型到C型则改动了推力室冷却方法,完结了再生冷却,D型则将推力进一步进步并完结了大幅度接连变推力作业。

为了勘探月球和火星,SpaceX正在制作“大猎鹰”超重型火箭,并方案2020年首飞,2023年绕月飞翔,2024年带人踏足火星。“大猎鹰”高118米,直径9米,近地轨迹运载才能高达150吨,超越了“阿波罗”方案中运用的“土星5号”和正在研发的“空间发射体系”,排名全球榜首。此外,“大猎鹰”的两级火箭都可完结收回并重复运用,是当之无愧的“彻底可重复运用运载火箭”。

“大猎鹰”超大推力的完结方法与“重型猎鹰”相似,其一级火箭由31个新式“猛禽”发起机并联而成,总推力高达6180万牛。二级火箭名为“星际飞船”,由6个“猛禽”发起机供给动力,总推力到达1200万牛,它既能载人进行深空游览,也能在太空中开释勘探器、卫星等航天器。

已然提到“大猎鹰”,就不能不提“猛禽”火箭发起机。记者了解到,“猛禽”发起机以液氧甲烷为推进剂,单台最大推力挨近2000千牛,能从20%到100%接连调理。比较其他现役火箭发起机,“猛禽”最大的不同是选用了“全流量分级焚烧”技能。

蒋天告知科技日报记者,所谓“全流量分级焚烧”技能需求两个预燃室,一个将大部分燃料和小部分氧化剂进行焚烧,另一个将小部分燃料和大部分氧化剂进行焚烧,发生的燃气别离驱动燃料涡轮泵和氧化剂涡轮泵,再进入主焚烧室集合焚烧。这种体系经过涡轮的燃气温度更低,涡轮的运用寿命更长,更有利于进步发起机的重复运用次数。

“此外,液氧甲烷推进剂因其低结焦功能和相对较低的本钱,常被以为适合于可重复运用火箭发起机。”蒋天介绍,俄罗斯在上世纪90年代也曾展开过推力在100吨和200吨量级的大推力液氧甲烷发起机研发。

蒋天以为,全体上看,SpaceX的火箭发起机技能有必定的先进性和学习含义,特别是在可重复运用范畴。别的,SpaceX在下降发起机质量、进步推重比等范畴也做了许多有含义的作业。

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