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船用柴油机维修-500 吨级推力商业航天固体运载火箭试车成功,刷新世界纪录火箭发动机分类图

来源:应急救援装备网  作者:蓝品汇优采云   2024-06-11 阅读:149

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据媒体报道,中国航天科工集团旗下武汉航天三江集团(又名航天科工集团第四研究院)自主研制的500吨级推力商业航天固体运载火箭(一级、减装药状态)地面试验圆满成功,标志着我国大推力、高质量比固体运载火箭关键技术取得重大突破。据悉船舶物资,这款固体运载火箭是目前我国直径、推力最大的固体运载火箭,其直径超过4.2米,刷新了商用固体火箭发动机直径世界纪录,处于世界领先水平。

火箭发动机的分类

这种500吨级推力级一级固体运载火箭发动机,可以使快舟系列火箭的近地轨道运载能力由快舟十一号的1吨级提升到快舟二十一号的20吨级。而经过多台500吨级推力级固体火箭发动机并联改造后,快舟三十一号固体运载火箭的最大近地轨道运载能力将达到70吨,相当于把一个重型坦克发射上太空。

火箭发动机是喷气发动机的一种,原理上和战斗机的发动机区别不大,但是多用于火箭这种大型航天器或者导弹上。火箭的原理大部分是靠高温高速尾气的排出来获得推力,而其中最重要的就是燃料和氧化剂在燃烧室内的剧烈燃烧,但是其实燃料也分固体和液体,这就导致了火箭有液体火箭和固体火箭两种版本。那么这两类火箭还有哪些区别呢?在发射火箭的时候,又应该依靠什么来选择发动机的类型呢?

首先说固体火箭发动机。这种发动机的推进剂(燃料和氧化剂的混合物)以固体形式直接储存在火箭发动机内,不需要额外的燃料箱,也不需要运输和增压管线。因此这直接导致固体火箭的结构比液体火箭更简单、更轻,适合用于小型火箭。事实上,目前服役的中小型火箭大多采用固体火箭发动机。

火箭发动机的分类

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比如长征十一号火箭,是我国长征运载火箭家族中第一款固体运载火箭,属于快速反应机动固体火箭,与一般需要靠发射塔起飞的运载火箭完全不同。与液体可以随意改变接触体积不同,固体火箭发动机中的燃料和氧化剂的量在制造时其实是有限的,因此火箭很难改变燃烧状态,也很难中断燃烧过程。这些特点意味着固体火箭一旦启动,就不用考虑停止,因此成本和发射难度很低。一些小型军事武器用户和低轨道微型卫星发射承包商都对固体火箭情有独钟。

固体火箭是固体推进剂,不会像液体燃料那样挥发,也没有腐蚀性,因此可以存放多年。它们不需要经常维护,燃料更换频率也比液体火箭长得多。它们对极端外部条件的耐受性也更强。一个直接的例子是,固体火箭在长途运输过程中不需要额外的保护,可以装上火车或汽车。液体火箭则更加脆弱船用柴油机,需要小心保护,避免颠簸和碰撞。即使是轻微的外部冲击也可能直接摧毁液体火箭。

但固体火箭发动机的缺点是工作时间较短,难以将重型货物送入轨道,甚至无法超越第一宇宙速度,一般固体火箭发动机的撞击时间不会超过300秒,也就是说固体火箭飞不了太远。

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而液体火箭发动机则是以液体燃料与氧化剂的混合物作为能源,一般结构比较复杂,基本组成包括推力室、推进剂供给系统、发动机控制系统等,比固体火箭发动机复杂得多。用于燃烧的液体推进剂通常存放在推进剂储存室内,但当发动机开始工作时,推进剂供给系统就开始发出指令火箭发动机的分类,要求将推进剂以特定的压力和流量输送到燃烧室,经过一系列的雾化、混合、点火燃烧后,产生大量高温高压气体,经喷管加速到超音速后喷出,产生的推力比固体火箭发动机要大。

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液体推进剂的常见组合只有几种。例如,液氢和液氧、烷烃和液氧、不对称二甲基肼和四氧化二氮都是液体火箭发动机的常见选择。

如今大型运载火箭的一、二级发动机大多采用液体火箭发动机,几乎所有可控小推力火箭发动机也都采用该类型发动机。原因在于它的优势非常明显,较长的比冲和可控性让火箭可以使用更长时间,飞得更远,再加上强大的推力和对工作环境的高适应性,让它成为大型火箭的最佳选择。

火箭的储存周期也是一项重要指标。对于液体运载火箭火箭发动机的分类,由于使用液体推进剂,存在挥发、腐蚀等风险,发射前需重新加注。加注后需在一定时间内发射。如我国运载火箭使用的常温推进剂为四氧化二氮、偏二甲肼,其加注后储存周期约为7天;还有液氢、液氧等低温推进剂,其加注后储存周期约为1天。

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液体火箭发动机维护成本高、零部件多、结构复杂,并非所有国家都能掌握该类火箭的核心技术。中国的核心航天运载火箭长征系列,从1974年的长征二号到2016年的长征七号,均采用液体火箭发动机,所用的基本配方是四氧化二氮+偏二甲肼的经典推进剂配方。但从长征六号到目前还在论证中的长征九号火箭,推进剂已改为液氧+煤油。

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