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来历:腾讯科技

据国外媒体报道,SpaceX公司首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)决计要把人类送上火星。要做到这一点,人类需求一艘巨大的宇宙飞船,并由一种史无前例的新式火箭发起机供给动力。而猛禽(Raptor)发起机便是SpaceX未来尽力的方向。

猛禽发起机的规划意图是为SpaceX正在制作的新式可重复运用的航天器、星际飞船以及超重型火箭供给动力。在规划上,这些巨大的航天器最多可一同搭载100人进入太空。SpaceX方案在2023年将人类送入月球轨迹,为前往月球和火星做准备。2019年2月,SpaceX测验了首个飞翔版的猛禽发起机,并于上星期在对名为Starhopper的星际飞船原型进行“跳动”测验的进程中对猛禽发起机进行了飞翔实验。

猛禽发起机现已开发了近十年时刻,阅历屡次迭代。其间心就像其他火箭发起机相同,焚烧化学燃料来发生推力。但它所运用的液氧和甲烷在火箭职业基本上是史无前例的,加上发起机的立异规划意味着猛禽发起机是SpaceX探究太阳系的主力主力。

“没有其他火箭发起机能像猛禽发起机那样,从液态甲烷和液态氧的反响中发生如此多的推力,”运营Everyday Astronaut YouTube频道的职业专家蒂姆·多德(Tim Dodd)表明。“SpaceX的主意是让它猛禽发起机在简直不进行立异的情况下,得以重复运用。假如这种发起机能够一遍又一遍地投入发射,这肯定会有助于公司的商业运营。”

火箭发起机的可重用运用是一个要害方面,正如马斯克所说,每个火箭发起机需求能够重复飞翔1000次,以支撑星际飞船的运营。这是一个严重应战:在太空探究的历史上,重复运用最多的发起机是每架航天飞机的主发起机,但每架航天飞机最多也只能飞翔几十次。多德说:“这是一项雄心勃勃的方案。“我不知道在不久的将来猛禽发起机是否一定能完结1000次重复飞翔。假如它能彻底发挥出潜力,或许终有一天能抵达1000次。”

现有的梅林发起机

SpaceX现有的发起机名为“梅林”(Merlin),首要用于其猎鹰9号和重型猎鹰火箭的发射,但猛禽发起机比较于梅林预示着一个严重改善。其一是由于发起机的压力更高,其推力比梅林增加了一倍。虽然巨细类似,但比较于梅林的86000公斤的推力,猛禽发起机在海平面上的推力抵达了17万公斤。

另一个方面是甲烷的运用。迄今为止还没有任何甲烷动力火箭进入轨迹,Starhopper几天前的测验跳动是甲烷发起机第一次真实飞翔。与火油等其他燃料比较,甲烷能够避免发起机中沉积物的累积,而火油在焚烧进程中会由于焦化现象而导致沉积物在发起机中不断累积。此外,甲烷的密度比其他燃料要高,因而能够以更低的本钱取得更高的功能。

“液体火箭的推进剂本钱在总发射本钱中所占的份额很小,”空间参谋兰德·辛伯格(Rand Simberg)表明。“关于可重复运用的飞翔器,咱们想要抵达关怀推进剂本钱的程度。在航空公司,燃料一般占总运营本钱的35%。传统上,燃料本钱占火箭发射总本钱的份额不到1%。”

猛禽发起机选用了全流量分级焚烧发起机的规划,这是历史上第三台选用这种技能的发起机,而梅林发起机运用了更常见的开式循环系统。上世纪60年代的苏联和本世纪初的美国都曾尝试过开发全流量分级焚烧发起机,但都没有成功。

全流量分级焚烧发起机是运用在预燃室中注入少数燃料,发生高温燃气推进发起机的涡轮和泵。一般情况下,传统的开式循环发起机会在发起发起机这一进程中消耗掉一些推进剂,而猛禽发起机将有用运用每一滴可用的推进剂,使其成为有史以来最为高效的火箭发起机之一。

来自麻省理工学院的太空参谋查理·加西亚(Charlie Garcia)说:“猛禽发起机在足够高的压力下焚烧这些燃料,然后把预燃室中的废气和推进剂一同注入焚烧室,然后完结推进剂的彻底焚烧。”“这是一种十分聪明的方法,只要俄罗斯人曾经这么做过……经过预燃室把一切推进剂都注入发起机。”

终究的结果是猛禽发起机的压力要比梅林发起机高得多,大约是后者的三倍,这使它成为现存压力最高的火箭发起机。高压也使得平等体积的猛禽发起机推力比梅林更大。2016年,马斯克说到发起机主腔内的“张狂压力”抵达了30Mpa(300个大气压),这需求开发为猛禽发起机开发一种新的金属合金。

当然,猛禽发起机相关于其长辈梅林发起机的严重立异是甲烷的运用,这能够追溯到SpaceX的终究方针。SpaceX并不是仅有一家转向选用甲烷作为燃料的公司,由亚马逊首席执行官杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)领导的竞争对手蓝色来历公司也在开发自己的甲烷发起机,名为Blue Engine 4 (BE-4)。由于液态甲烷发起机有许多清楚明了的优点,这是一个早就应该到来的改变。

曾经的大多数火箭发起机都依托火油等燃料。但运用甲烷的首要优点是,它比其他燃料密度大得多,这意味着火箭能够更小。它的低本钱也意味着总发射本钱能够下降。

这一点或许至关重要,由于SpaceX至少期望制作数量巨大的猛禽发起机。每艘星际飞船都装备6个猛禽发起机,而超级重型火箭有35个猛禽发起机,这意味着每次发射总共有41个猛禽发起机。SpaceX现在最大的火箭重型猎鹰总共运用了28个梅林发起机,其间底部27个,上部1个。跟着SpaceX方案发射更多数量的星际飞船和超级重型火箭,发起机的出产速度将需求明显进步。

多德表明:“由于他们在超级重型火箭上运用了如此多的猛禽发起机,SpaceX将不得不以肯定张狂的速度进步制作才能。”“伊隆说要在12小时内完结一个,这在业界是闻所未闻的。即便他们每周做一个,也会让人形象深入。”

人们还信任,能够在火星外表或太空的其他地方提取甲烷用作发起机燃料。或许是经过在其他天体外表挖掘水和二氧化碳抵达这一意图,这种方法被称为就地资源运用。来自咨询公司SpaceWorks的职业分析师凯莱布·威廉斯(Caleb Williams)说:“你能够很容易地从火星外表,乃至是月球外表提取甲烷。”

这关于SpaceX完结星际飞船从地球往复火星的方针至关重要,使其在燃料方面简直能够自给自足。“这一直是人类进入太阳系的圣杯,”加西亚说。“由于当你能够在太空中弥补燃料时,你的推进剂就不用来自地球了。”

除此之外,猛禽发起机还代表着SpaceX的雄心勃勃发生了严重改变,从规划不大的地上发射转向了对太阳系的无尽探究。Starhopper星际飞船原型最近的测验是朝着正确方向迈出的要害一步,假如猛禽发起机能完结它的部分许诺,未来将会十分光亮。假如SpaceX真的能抵达火星,猛禽发起机将在其间扮演重要人物。

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