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SpaceX最新火箭发动机测试失败,为何都在研究液体火箭?

最近,马斯克的SpaceX在其位于德克萨斯州的麦格雷戈工厂测试了一次猛禽2号发动机。根据SpaceX公布的实时测试视频,发动机在点火4秒后就关闭了,现场喷出大量的火焰和烟云,结果很不理想,明显失败了!

据悉,这是一次罕见的失败,而上一次发生这种情况,还是1月份,当时也是在麦格雷戈工厂进行的测试,在那一次失败的测试过程中,发动机内部的部分部件都被融化了。

目前SpaceX的猎鹰火箭使用的是梅林发动机,不过它使用的是液氧煤油推进剂,不能满足未来载人登陆火星的使命。因此,SpaceX很早便开发了猛禽系列发动机,2016年SpaceX还正式发布了猛禽发动机的参数,预计海平面推力300吨。

(图注:星舰SN9卸下来的猛禽发动机SN44)

SpaceX计划将猛禽发动机用在其新一代的Starship火箭上,这款新型火箭将用于执行行星际任务,在火星上建立人类据点。

猛禽2号是新一代的猛禽发动机。从外观上来看,猛禽2号比猛禽1号更为简洁。猛禽1号的海平面推力为185吨,而猛禽2号计划达到至少230吨的推力,最高达到250吨的推力。不过,离当初设定的目标还有点差距。

在火箭推进技术还没有获得重大突破的当下,SpaceX研发的Starship火箭仍然是化学燃料火箭,并且是液体燃料火箭。

猛禽2号发动机使用液态甲烷作为燃料,液态氧作为氧化剂,这两种物质混合后,会在燃烧室中燃烧并产生很高的压力,然后从火箭尾部迅速喷出,从而产生很高的推力。

按照这个原理,猛禽2号发动机为了实现230吨推力这个目标,燃烧室所要承受的压力将比上一代更高。

不过,SpaceX并不是唯一一个研究液氧甲烷火箭发动机的,亚马逊创始人贝索斯的蓝色起源也在研究这一类型的火箭发动机,代表型号为BE-4,推力和猛禽2号相差不大。

固体燃料火箭和液体燃料火箭,谁优谁劣?

这里简单介绍一下,液体火箭和固体火箭的主要区别在于推进剂形态的不同。

液体火箭采用液体推进剂,分别贮存在火箭的氧化剂箱和燃料箱中,工作时再将它们输送入发动机的燃烧室;而固体火箭采用固体推进剂,无需贮存和输送,推进剂就贮存在发动机燃烧室内。

至于优劣,各有千秋。

液体推进剂由于活性比较强,不容易存储,在使用前才进行加注,这会拉长火箭的发射周期;而固体推进剂已经预先混合加注好了,发射前的准备周期短,使之具备了快速反应能力。

不过,液体推进剂燃烧时效率更高,火箭推力也就更大。对比之下,在相同的载荷下,液体火箭具有更强的运载能力。并且液体推进剂不想用时可以像天然气一样迅速关闭阀门,而固体火箭就像窜天猴一样,一旦点火就没办法控制。

基于它们的优劣,目前航天领域用的都是液态火箭,因为液体火箭运载能力强、可控性高,所以SpaceX继续研究液体燃料火箭也在预料之中。

化学燃料火箭推进技术,目前已经发展到极限了,要想获得更大的推力,就只能将火箭造得更大。至于核燃料火箭等新型火箭,未来10年应该都不可能成真,化学燃料火箭还将继续发挥它的价值。

(图为土星5号运载火箭)

作为液体火箭发动机,SpaceX的猛禽2号并非最强,还不及RS-68。RS-68火箭发动机是美国研制的世界上推力最大的液氢液氧火箭发动机,推力300吨,被用作德尔塔4号重型运载火箭的第1级。至于俄罗斯推力最大的液氢液氧火箭发动机则是RD-0120,推力为200吨。

目前世界上现役最强大的液体火箭发动机是俄罗斯的RD-171(RD-170的改进型),采用液氧煤油推进剂,单台推力约800吨,比曾经用于土星5号火箭一级的F-1液氧煤油火箭发动机(推力约680吨)还强。此外,RD-170的降级衍生版本有RD-180、RD-191、RD-151等。

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