世界上最强的火箭首次亮相,耗资30亿美元,推力为5,400吨
北京时间4月17日晚8点,人类最大、威力最大的运载火箭"星 舰"即将推出。
据悉,"星 舰"它是美国SpaceX公司开发的新一代超重型火箭。
星 舰"总高度约120米(40层高),其中:"超重型推进器"下部高70米,配备33组"猛禽"发动机;上部高50米。 顶部高50米,由一个可重复使用的航天器模块组成。
该航天器的主要推力为5400吨,超过了土星五号的3408吨和苏联N-4630的1吨。
土星五号"它是 20 世纪 60 年代的产物,是美国"阿波罗"该计划的重要组成部分,但美国的登月计划至今仍存在争议,甚至被认为是"在摄影棚拍摄"。"苏联N-1运载火箭。
苏联的N-1运载火箭也是为登月而设计的,但连续四次试射失败,因此苏联在2024年取消了登月计划。
现在,更大更强"星 舰"如果发射成功,将成为美国火星计划的重要转折点,也将为美国重返月球提供有力支持。
当然,没有人能确定航天器是否会成功发射。 就连马斯克自己也说过:"星际飞船首次发射的成本高达30亿美元,成功的概率就像掷硬币一样(50%)。 "
如果您想知道"星 舰"未来将人类送上火星是多么神奇,那么你需要了解是什么将人类送上月球"土星五号"。
土星五号2024年7月16日"土星 5"携带的火箭"阿波罗11号"该飞船从美国肯尼迪航天中心升空,最终将美国宇航员阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯送上月球,实现了人类数千年的梦想。 登上月球的梦想已经实现了数千年。
阿姆斯特朗在左脚踩月球时说:这对一个人来说是一小步,但对人来说却是一大步。
美国登月计划的成功,不仅标志着美国在太空竞赛中的胜利,也彻底摧毁了苏联登月的梦想,加速了苏联的解体。
阿波罗计划在促进关键科学和横向技术转化为经济实力方面发挥了重要作用。
在阿波罗计划成功之前,美国的研发产出比是1:7,但成功后变成了1:14,甚至在计划结束20年后,它仍然保持在1:9。
美国经济增长了2%,物价指数下降了2%,创造了80万个工作岗位。 美国的国民收入在10年内翻了一番。
通过阿波罗计划,美国创建并完善了庞大的航天工业和技术体系,带动了信息技术、光学、计算机、人工智能、自动化、生物医学和军事航天工业的快速发展。
这一切都归功于阿波罗计划的关键技术之一——高功率"土星 5"火箭。
土星 5"它是一枚**火箭,由第一级S-1C,第二级S-2,**S-4B,仪器舱和有效载荷组成。 第一级由五台F-1发动机提供动力,使用液氧和石蜡推进剂,两个直径为10米的铝制推进剂箱用桁架和垫片结构加固。 第二级长25米,直径10米,使用液氧和液氢推进剂,共有5台歼-2发动机。 第一个是长 188米,直径66米,使用J-2发动机和液氧和液氢推进剂。
土星五号运载火箭在110的高度飞行6米,最大直径10米1米,重3,039吨,推力3,408吨。 它在近地轨道上的运载能力为140吨,在地月转移轨道上的最大运载能力为48吨6吨。
土星五号火箭发动机的燃料是液氢和精制石蜡,氧化剂是液氧。 该火箭已经发射了九次,每次都成功,使其成为人类航天史上最强大的火箭。
我国现役威力最大的火箭是长征五号,重867吨,直径5米,高度57米,近地轨道运载能力25吨,地月转移轨道运载能力8吨,各方面都远不如土星5号,但晚了近50年。
土星5号火箭的开发速度如此之快,以至于其真实性一度受到怀疑。
2024年"土星 5"还不是一个项目,但承包商计划在下半年完成,实际上只用了4年时间就完成了。 速度快得惊人。
土星5号的主要技术仍然是发动机,发动机制造商是洛克-丹恩。
2024年,Locke-Dane公司开始开发它,并于2024年敲定了相关的技术细节,并生产了各种测试件,包括其中一个推力室。
2024年3月,F-1发动机正式点火,成功满足445吨推力的要求,但只持续了200毫秒。
2024年4月,小规模试验成功,峰值推力为7295吨,此时距离土星1号首飞还有6个月。
就在工程师们喝香槟庆祝时,发动机的喷油器突然出了问题。
面对3700个石蜡喷嘴、2600个氧化剂喷嘴、32条径向线,项目经理表示问题解决不了。
最终,NASA又追加了2000万美元,几个月后,这个所谓的解决不了的问题终于解决了。
普林斯顿大学(Princeton University)的一些学者已经收到了部分"研究经费"经过一番分析和计算,他们得出了答案:"喷嘴的直径应增加一点"。
就这样,第一台发动机完成了。 随后,还宣布了第二级发动机J-2和其他部件的完成。
有了火箭发动机,剩下的就容易多了,登月计划也按计划完成了。
实际上"飞船"都是一样的,只要只要"猛禽"发动机没有问题"飞船"实验将成功。
猛禽"该引擎指的是苏联项目。
马斯克一直有一个登陆火星的宏伟计划,这需要一枚超重型火箭,而火箭的发动机必须极其强大,原创"梅林"引擎显然是不够的。
因此,研发议程上的猛禽需要单次推力超过200吨,因为未来将有数万吨材料被运送到火星,而80吨的发动机是不可能的。
据报道"猛禽"该发动机使用低温液态甲烷和液氧作为推进剂,该发动机性能高,可以为太空火箭提供巨大的助推力。 直接在火星上生产也很容易。
猛禽"发动机在海平面的推力为230吨,采用苏联的"全流式分相燃烧"科技。
虽然苏联在太空竞赛中输给了美国,但这并不一定意味着苏联在技术上不如美国。
事實上,蘇聯工程師非常有創新精神和創造力,但他們缺乏NASA協調機構的遠見、專業知識和能力。
当时的格鲁什科管理层负责为N-1提供以有毒燃料为燃料的RD-270发动机,这需要更大的推力和更大的爆发力,因此被采用"全流式分相燃烧"这项新技术。
当时,RD-270存在一个难以调和的问题,即富氧和可燃气体同时进入主燃烧室进行二次燃烧时会产生高频振动。
从 1967 年 10 月到 1969 年 7 月,RD-270 进行了 27 次测试,但没有一次达到预期的效果。 每次测试后,测试车辆还必须从剧毒的残余燃料中取出,导致开发过程非常缓慢。
2024年7月,美国登月计划成功,苏联在竞争中落后,下令停止研制RD-270发动机"全流分级燃烧"技术最终胎死腹中。
苏联的N-1火箭最终无法符合要求"全流式分相燃烧"技术,勉强选择了30台发动机并行,但结果连续三次试射失败,最终退出了登月计划。
全流式分相燃烧"它也消失了,直到马斯克的猛禽引擎,这项技术才重新出现。
全流式分相燃烧
全流式分阶段燃烧被称为火箭技术"圣杯",因为它可以从燃料中获得更多的能量,效率更高,强度更高。
几十年来,航天国家一直在研究这项技术,但到目前为止,还没有一个国家声称已经掌握了它。
因为一旦掌握了这项技术,火箭的高度、体积和重量就会像过去一样直接增加一个数量级"又小又穷"将完全成为"丰富而美丽"。让我们来看看这项先进的技术吧!
全流式分段燃烧是分段燃烧的改进版本,它有两个独立的涡轮部件和一个预燃室系统,分别用于氧化剂和燃料的燃烧,以产生推力给各自的涡轮泵加压,基本过程如下。
1.燃油泵由丰富的燃烧预燃室驱动。
剩余的大部分燃料和一小部分氧化剂在富燃烧预燃烧室中燃烧,产生可燃气体驱动燃料涡轮泵,使燃料进入主燃烧室。
2.火焰室驱动氧化剂泵。
剩余的大部分氧化剂和一小部分燃料在富氧预燃室中燃烧,产生富氧气体,带动氧化剂涡轮泵,让氧化剂进入主燃烧室。
3.完成会合。
由两个涡轮泵泵出的燃料和氧化剂在主燃烧室中重新燃烧,产生巨大的压力,然后通过喷嘴喷射。
全流式分级燃烧在设计和测试方面具有挑战性,但它有效地解决了开式循环发动机浪费的问题,而不必担心密封不良的涡轮机和泵污染燃料。
全流式分段燃烧增加了涡轮机的工作负荷,增加了泵的功率。 它不仅可以降低泵的温度并提高泵的性能,还可以实现更高效的气-空燃烧和更大的推力。
这项技术也被用于即将推出的超重型"星 舰"火箭,它可能会带来惊人的结果,拭目以待!
现在"星 舰"这些组件已在发射器上准备就绪,并将在几个小时内首次亮相。 如果首次发射成功,将大大增强美国的太空实力,同时也会给中国航天事业带来不小的压力。
中国的月球火箭"长征9号"它仍在紧张开发中,计划于 2028 年推出。 能否逆势而上,航天器领域,我们拭目以待!