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SpaceX正在测试新型火箭发动机 很快将改变世界航天格局

www.diyarbakirpvc.com2019-08-24
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倪叔叔思想的黑暗时期昨天我想分享

Raptor发动机旨在为SpaceX的新型可重复使用航天器,星际宇宙飞船和超重型火箭提供动力。在设计上,这些巨型宇宙飞船可以同时携带多达100人进入太空。

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Raptor发动机测试图片

据国外媒体报道,SpaceX首席执行官埃隆马斯克决心将人类送往火星。要做到这一点,人类需要一个由前所未有的新型火箭发动机驱动的巨大宇宙飞船。 Raptor引擎是SpaceX的未来发展方向。

Raptor发动机旨在为SpaceX的新型可重复使用航天器,星际宇宙飞船和超重型火箭提供动力。在设计上,这些巨型宇宙飞船可以同时携带多达100人进入太空。 SpaceX计划在2023年将人类送入月球轨道,准备前往月球和火星。 2019年2月,SpaceX测试了Raptor发动机的第一个飞行版本,上周在Starhopper原型太空船的“跳跃”测试中对Raptor发动机进行了飞行测试。

Raptor引擎已经开发了近十年,经历了多次迭代。与其他火箭发动机一样,它的核心燃烧化学燃料以产生推力。但它在液压氧气和甲烷中的使用在火箭行业基本上是前所未有的,而发动机的创新设计意味着Raptor发动机是SpaceX在探索太阳能系统方面的王牌。

“没有其他火箭发动机可以产生与液体甲烷和液氧一样多的推力,就像猛禽发动机一样,”运行日常宇航员YouTube频道的行业专家蒂姆多德说。 “SpaceX的想法是让它的Raptor引擎重新使用,几乎没有翻新。如果发动机可以一次又一次地发射,它肯定会有助于公司的商业运作。”

可重复使用火箭发动机是一个关键方面。正如马斯克所说,每个火箭发动机需要能够飞行1000次才能支持星际宇宙飞船的运行。这是一项重大挑战:在太空探索的历史中,最常用的发动机是每个航天飞机的主要发动机,但每个航天飞机只能飞行数十次。多德说:“这是一项雄心勃勃的计划。”我不知道Raptor引擎能否在不久的将来实现1,000次重复飞行。如果它能够充分发挥其潜力,它可能会达到一天1000次。

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现有的梅林引擎

SpaceX的现有发动机名为Merlin,主要用于发射Falcon 9和重型Falcon火箭,但Raptor发动机是对Merlin的重大改进。一个是由于发动机的压力较高,发动机的推力高于Merlin的推力。尽管尺寸相似,但与Merlin的千克推力相比,Raptor发动机在海平面上的推力为170,000千克。

另一方面是使用甲烷。到目前为止,没有甲烷动力火箭进入轨道。几天前Starhopper的测试跳跃是甲烷发动机的第一次实际飞行。与诸如煤油的其他燃料相比,甲烷可以防止发动机中沉积物的积聚,并且由于燃烧期间的焦化,煤油将在发动机中积聚沉积物。此外,甲烷的密度高于其他燃料,因此可以以较低的成本实现更高的性能。

“液体火箭的推进剂成本占总发射成本的一小部分,”太空顾问Rand Simberg说。 “对于可重复使用的飞机,我们希望达到推进剂成本的水平。在航空公司中,燃料通常占总运营成本的35%。传统上,燃料成本占火箭发射总成本的不到1%。

Raptor发动机采用全流量逐步内燃机设计,是历史上第三款使用该技术的发动机,而Merlin发动机则采用更常见的开环系统。 20世纪60年代的苏联和21世纪初的美国都试图开发全流量分级内燃机,但都没有成功。

全流量分级燃烧发动机利用少量燃料喷射到预燃室中以产生高温气体以推进发动机的涡轮机和泵。通常,传统的开式循环发动机在发动机启动期间消耗一些推进剂,并且猛禽发动机将有效地利用每一滴可用的推进剂,使其成为有史以来最有效的火箭发动机之一。

来自麻省理工学院的太空顾问查理加西亚说,“猛禽发动机在足够高的压力下燃烧这些燃料,然后将预燃室的废气与推进剂一起注入燃烧室。完全燃烧代理人。“ “这是一种非常聪明的方式,只有俄罗斯人在此之前完成了这一切.所有推进剂都通过预燃室注入发动机。”

最终结果是Raptor发动机的压力远高于Merlin发动机的压力,大约是后者的三倍,使其成为最昂贵的火箭发动机。高压也使得同样体积的Raptor发动机推力大于Merlin。 2016年,马斯克提到主发动机腔内的“疯狂压力”达到30Mpa(300个大气压),这需要为Raptor发动机开发新的金属合金。

当然,Raptor发动机相对于其前身Merlin发动机的主要创新是使用甲烷,这可以追溯到SpaceX的最终目标。 SpaceX并不是唯一一家将甲烷作为燃料的公司。由亚马逊首席执行官Jeff Bezos领导的竞争对手Blue Origin也在开发自己的甲烷发动机Blue Engine 4(BE-4)。由于液态甲烷发动机有许多明显的好处,这是一个期待已久的过渡期。

以前的大多数火箭发动机都依赖于煤油等燃料。但使用甲烷的主要好处是它比其他燃料更密集,这意味着火箭可以更小。它的低成本也意味着可以降低总发射成本。

这可能是至关重要的,因为SpaceX至少想要制造大量的Raptor引擎。每个行星际飞机都装有六个Raptor发动机,而超重型火箭装有35个Raptor发动机,这意味着每次发射共有41个Raptor发动机。 SpaceX最大的火箭重型猎鹰目前共使用28个Merlin发动机,其中27个位于底部,1个位于顶部。随着SpaceX计划发射大量星际舰船和超重型火箭,发动机的生产速度将需要大幅提升。

多德说:“由于他们在超重型火箭上使用了如此多的猛禽引擎,因此SpaceX必须以绝对疯狂的速度增加制造能力。” “Iron表示要在12小时内完成一个,这是业内的。闻所未闻。即使他们每周都做一次,也会令人印象深刻。”

还认为可以从火星表面或空间的其他地方提取甲烷以用作发动机燃料。也许通过在其他天体表面开采水和二氧化碳,这被称为原地资源利用。咨询公司SpaceWorks的行业分析师Caleb Williams说:“你可以很容易地从火星表面甚至月球表面提取甲烷。”

这对于SpaceX实现星舰从地球到火星的目标至关重要,使其几乎可以自给自足。 “这一直是人类进入太阳系的圣杯,”加西亚说。 “因为当你可以在太空中加油时,你的推进剂不一定来自地球。”

此外,Raptor引擎代表着SpaceX雄心勃勃的重大转变,从小型地面发射到无尽探索太阳系。最近对Starhopper Starship原型的测试是朝着正确方向迈出的关键一步,如果Raptor引擎能够实现其一些承诺,未来将非常光明。如果SpaceX能够真正到达火星,猛禽引擎将在其中发挥重要作用。

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