时间:2019-05-30 来源:原创/投稿/转载作者:管理员点击:
“如此多的发动机并联面临工作同步性、一致性等问题,火箭动力系统的复杂性也大幅上升。”著名航天专家蒋天(化名)表示,并联方式可以降低对单台发动机的推力需求,避免研制更大推力发动机面临的大流量涡轮泵、大流量推力室等技术难题,特别是流量增大导致的地面试验系统匹配困难等问题。
蒋天介绍,“灰背隼”火箭发动机将液氧和煤油作为推进剂,使用燃气发生器式泵压循环方式,结构简单、可靠性高。更特别的是,“灰背隼”采用了针栓式喷注器,以实现推力的连续可变,从而达到火箭垂直降落回收的目的。
“从火箭发动机原理上讲,实现连续推力调节的主要方式包括改变推进剂的供应量、改变发动机的喷管喉部面积、改变喷注面面积等。”蒋天进一步解释道,改变推进剂供应量和改变喷注器面积,是实现液体火箭发动机连续推力调节的主要方式,因为改变喷管喉部面积会带来热和烧蚀等问题。针栓式喷注器就是通过改变喷注面面积,控制燃料流量,实现发动机推力的大范围连续调节。
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”计划着陆器的下降发动机上。SpaceX在成立之初挖走了TRW公司的火箭专家汤姆·穆勒,借此在火箭发动机技术上走了“捷径”。“灰背隼”包括多种型号,早期“灰背隼”-1A推力仅有340千牛,新型“灰背隼”-1D的推力则超过900千牛,且能从40%到100%连续变化。
“‘灰背隼’发动机主要在提升推力、提高推重比等方面加以改进。”蒋天称,其中由A型到B型改善了涡轮泵性能,提高了转速和扬程,由B型到C型则改变了推力室冷却方式,实现了再生冷却,D型则将推力进一步提高并实现了大幅度连续变推力工作。
为了探测月球和火星,SpaceX正在建造“大猎鹰”超重型火箭,并计划2020年首飞,2023年绕月飞行,2024年带人踏足火星。“大猎鹰”高118米,直径9米,近地轨道运载能力高达150吨,超过了“阿波罗”计划中使用的“土星5号”和正在研制的“空间发射系统”(SLS),排名全球第一。此外,“大猎鹰”的两级火箭都可实现回收并重复使用,是名副其实的“完全可重复使用运载火箭”。
“大猎鹰”超大推力的实现方式与“重型猎鹰”类似,其一级火箭由31个新型“猛禽”(Raptor)发动机并联而成,总推力高达6180万牛。二级火箭名为“星际飞船”(Starship),由6个“猛禽”发动机提供动力,总推力达到1200万牛,它既能载人进行深空旅行,也能在太空中释放探测器、卫星等航天器。
既然说到“大猎鹰”,就不能不提“猛禽”火箭发动机。记者了解到,“猛禽”发动机以液氧甲烷为推进剂,单台最大推力接近2000千牛,能从20%到100%连续调节。相比其他现役火箭发动机,“猛禽”最大的不同是采用了“全流量分级燃烧”技术。