氢氧火箭能在真空发射

原标题:科普丨氢氧发动机“硬核”火箭动力源

近期,长征五号B运载火箭大推力氢氧发动机顺利完成了一次型号可靠性试车这次试车进一步验证大推力氢氧发动机的能力,为长征五号B运载火箭执行空间站任务奠定基础

氢氧发动机是火箭发动机发展的主要方向之一,为火箭腾飞提供了“硬核”动力源那么,氢氧发动机和其他火箭发动机相比有哪些鲜明的特点呢?

高比冲:让火箭负重更多

所谓比冲就是发动机在一定时间内燃烧一萣量的燃料所产生的推力。这可以形象的理解为我们燃放鞭炮时,火药燃烧瞬间产生推力液氢和液氧,便是目前我们掌握的比冲较高嘚推进剂之一氢氧发动机具备的高比冲特点,使火箭能够以较少的燃料获得较大的推力对于提高火箭的运载能力具有至关重要的作用。正是氢氧发动机发挥的巨大作用才能使长征五号B运载火箭的近地轨道运载能力大于22吨,堪称火箭中的“大力士”

无污染:为环保贡獻力量

氢氧火箭发动机的推进剂是液氢液氧,燃烧产物绝大部分是水在火箭发动机中可以称得上是绿色环保无污染,长征五号B运载火箭吔因此被认定为“绿色火箭”氢氧发动机的燃烧产物清洁,燃烧稳定是火箭先进性的重要体现。

温度低:推进剂保存难度高

氢氧发动機采用的液氢、液氧推进剂温度极低发动机工作前要利用液氢和液氧将发动机各类部件的结构温度预冷至大约零下180度和零下250度,保证液氧和液氢在发动机内部稳定输送低温条件下要保证发动机各部件按照精准的时序可靠动作,需要解决大量的关键技术采用特制的低温匼金材料,开展特定的低温处理及试验测试对推进剂保存提出了更高的要求。

长征五号B运载火箭首飞

我国氢氧发动机经过多年的发展從推力较小的4.5吨,到如今长征五号B运载火箭70吨的真空推力取得了巨大进步。一头成年非洲草原象大约是5吨左右的重量70吨的真空推力相當于垂直拉动14头成年非洲草原象。

今明两年工程将陆续实施11次飞行任务,计划于2022年前后建成中国空间站氢氧发动机将继续为运载火箭嘚顺利发射提供推动力,在中国空间站建造阶段发挥重要作用

来源/中国航天科技集团官方微信公众号

印度火箭重量不如中国 印度LVM3火箭荿功发射但它被指运力不足

据外媒称印度成功发射迄今为止威力最大的国产火箭,是印度太空计划的又一个里程碑

据《印度时报》网站6月5日报道,印度迄今为止威力最大的国产火箭于5日下午成功发射升空这是印度太空计划的又一个里程碑事件。印度总理莫迪称这一荿就值得骄傲。

另据法新社新德里6月5日报道印度迄今为止威力最大的国产火箭于今天发射,这是该国本土太空计划的又一个里程碑印喥希望有朝一日能够将本国宇航员送上太空。

按照计划这枚43米长的火箭要在5日下午5点半以前从印度南部岛屿斯里赫里戈达岛发射升空,這是印度空间研究组织用来发射卫星的两个地点之一

这种最新型号的火箭据说配备了印度多年来研发的大功率发动机。太空计划的负责囚希望该技术能够降低对欧洲火箭发动机的依赖过去印度发射的一些航天器使用的都是欧洲发动机。

这枚第三代地球同步卫星运载火箭將携带一颗重量超过3吨的卫星将其送入地球上空的高位轨道,这是印度取得的一个具有历史意义的成绩

印度国防分析研究所的阿贾伊·莱勒说:“发射一枚国产重型火箭是印度太空技术领域的重要时刻。”

他说:“通信卫星很沉我们过去能够将两吨重的货物送上太空。這次对于印度来说是一下子增加了一倍的重量”

成功发射640吨重的火箭将为印度空间研究组织的科研人员赢得又一项荣誉。

报道称这一荿就将让印度成为太空探索领域一个可靠的低成本选择,它公布的7300万美元的造价远远低于美国国家航空航天局“火星大气与挥发物演化任務”计划6.71亿美元的耗资规模

印度空间研究组织目前还在考虑木星和金星探测计划。

印度正在争夺发展迅猛的商用卫星领域更大的市场份額今年2月,印度用一枚火箭将104颗卫星送入轨道超过了俄罗斯2014年6月在一次发射活动中将39颗卫星送入太空的纪录。

当时火箭装载的主要货粅是一颗714千克的地球观测卫星不过它还装载了103颗“纳米卫星”,几乎全部来自其他国家

虽然印度近年来成功发射了一些轻型卫星,不過据印度空间研究组织说最新的这枚火箭可以将重达4吨的大型货物送入高位轨道,是之前火箭有效载荷的两倍

该组织在2014年12月对这种火箭尚未研发到位的版本进行了测试,当时低温发动机仍处于测试阶段它携带着一个没有载人的宇航员太空舱,在火箭升空20分钟后太空艙与火箭分离,落入位于印度东海岸的孟加拉湾

印度研制的太空舱能够容纳3名宇航员,不过印度空间研究组织说这一太空计划要达到將宇航员送入太空的程度,至少还需要7年时间

让印度欢呼的国产“大火箭”:进步大但落后国际水平

6月5日,印度使用GSLV- MK III火箭将一颗通信卫煋送入预定轨道这是印度航天梦寐以求的“大火箭”首次进行轨道发射,其发射成功将让印度航天运载能力上到一个新的台阶是印度躋身国际航天发射主流水平的标志。

被寄予厚望的印度大火箭

GSLV- MK III又称LVM3火箭从印度空间研究组织(ISRO)专门为它取的新名字可以看出,印度航天非瑺重视该火箭的研制LVM3火箭虽然还在GSLV火箭家族中,但实际上是完全不同的运载火箭

LVM3火箭高43.43米,芯级直径4米整流罩直径5米,采用液体芯┅级加大推力固体助推器再外加氢氧上面级的构型设计,总体构型类似美国的大力神-IIIE火箭LVM3的芯一级被称为L110,意为大约装载110吨液体推进劑安装了两台并联的Vikas液体火箭发动机。该火箭发动机综合性能和我国长征火箭上的YF-20发动机相近这是印度在运载火箭上首次尝试和突破夶推力液体发动机并联技术。

II等火箭的基础上发展而来S200表示固体推进剂装药量约200吨,单发最大推力可达500多吨两台S200固体助推器就可以让LVM3吙箭腾空而起。LVM3火箭的C25氢氧上面级是它最大的亮点名为C25理论上加注25吨推进剂,根据最新数据加注量实际上是28吨印度的C25氢氧上面级使用CE-20氫氧发动机,这种的燃气发生器循环氢氧发动机推力20吨真空比冲443秒,在上面级氢氧发动机中独占鳌头LVM3火箭性能尤其是运载能力能有大幅度提高,CE-20发动机居功甚伟

LVM3火箭的同步转移轨道运载能力为4吨,近地轨道运载能力为8吨根据印度发布的发射简报,LVM3火箭的第一次实用發射(D1)将发射一颗I-3K平台的通信卫星卫星编号GSAT-19,重量3136千克印度在以往,重量如此大的卫星只能求助于阿里安宇航公司搭载随着LVM3火箭的诞苼,印度终于可以用国产火箭发射自制的全系列通信卫星此外,LVM3火箭还可以增强印度竞争商业通信卫星发射的能力

印度运载火箭技术進步明显

LVM3火箭对印度来说是革命性的进步,首先体现在它的运载能力上新型LVM3火箭同步转移轨道运力可达4吨,而以前的GSLV MKII型火箭虽然几经改進但同步转移轨道运载能力仍然只有2.5吨,这样的运力不仅远离商业通信卫星的主流重量甚至无法发射印度自己研制的I-3K系列通信卫星都無能为力。

GSLV MK II火箭和PSLV火箭是印度20世纪90年代急就章的产物使用单发Vikas发动机和S139等固体火箭发动机拼凑而来,其中PSLV甚至搞出了少见的固-液-固-液四級设计虽然这些年实际发射的可靠性不错,但总体方案过于复杂GSLV MK II火箭使用S139改作为芯一级,捆绑4个单发Vikas发动机的液体助推器出现了液體助推器比固体芯级燃烧时间更长的问题,把本来可以实现的“一级半”设计变成了一级设计降低了运载系数。GSLV MK II火箭作为一种三级火箭即使采用了俄罗斯的RD-56M分级燃烧循环氢氧发动机,由于上面级推进剂不多火箭运载能力还是严重不足。

LVM3火箭在总体和技术上有了巨大的進步它的总体设计向国际运载火箭的主流靠拢,可以看作印度版大力神-IIIE火箭火箭发射时两台S200助推器工作将其发射到高空,固体助推器燃尽前芯一级L110的两台Vikas高空点火虽然外形上和阿里安5火箭相似,但它芯一级采用高空点火方式和大力神-IIIE火箭相同不过它并非大力神-IIIE的简單模仿,LVM3火箭的L110芯一级之上就是C25氢氧上面级没有采用GSLV -MK II或大力神-IIIE常规液体芯二级的设计。这种设计的好处是减少火箭级数提高火箭固有鈳靠性,可以用于未来的载人航天工程总而言之,LVM3实际是博采美欧之长并且具有印度特色的三级大型运载火箭

随着GSLV -MK II火箭的成熟和LVM3火箭嘚成功,印度在运载火箭领域取得了更大的进步这种进步是和印度以往火箭纵向对比,和国际先进水平仍有很大的差距即使对比在主鋶水平中相对落后的中国,性能和技术差距也十分明显

LVM3火箭地球同步转移轨道运载能力4吨,首次只发射重量为3136千克卫星这表现在国际仩只能用平庸来形容。中国的长征三号乙火箭在1997年发射成功当时长征三号乙火箭同步转移轨道运载能力已经达到了5.1吨,具备发射各种商業通信卫星的能力运力上超过了LVM3。并且当下主流大型通信卫星普遍5吨以上LVM3火箭的运力显然鞭长莫及,只能用于竞争3.5吨上下中型通信卫煋的发射订单

运力不足是一方面,运载系数不高也不利于其在国际上竞争即使和中国老一代长征火箭相比,LVM3火箭运载系数也不高体現出印度在火箭设计制造上的综合劣势。中国的长征三号丙火箭捆绑了两个液体助推器同样是三级火箭的布局,同步转移轨道运载能力超过3.9吨只比印度最新的LVM3火箭理论运力略低,但长征三号丙火箭早就在发射嫦娥系列月球探测器中验证了最大运载能力更重要的是,长征三号丙火箭起飞质量只有345吨而LVM3火箭起飞质量高达640吨,两者几乎相差一倍中国老一代运载火箭的运载系数本来就比国际先进水平低一些,LVM3的运载系数并不好看

有人会指出,这是因为印度LVM3火箭使用了低比冲的大推力固体助推器但类似布局构型的大力神-IIIE火箭起飞重量约644噸,同步转移轨道运载能力可达7吨同样比LVM3火箭强得多。LVM3火箭运载系数低下是印度航天尤其是基础工业整体水平不足导致的,并非一朝┅夕能解决印度目前正在研制200吨级高压补燃液氧煤油发动机,计划用它来升级LVM3火箭被称为“统一运载火箭”(ULV)的火箭芯一级将使用200吨级嶊力的高压补燃液氧煤油发动机,推进剂加注量160吨助推器装药增加到230吨,外加上面级加注量增加到30吨这种构型的ULV火箭同步转移轨道运載能力将增加到6.2吨,可以胜任发射大多数商业通信卫星的任务由于印度的LVM3火箭的发射才刚刚开始,ULV火箭还很遥远这也从侧面反映出印喥运载火箭与中国以及其他航天大国的差距。

近期长征五号B运载火箭大推力氫氧发动机顺利完成了一次型号可靠性试车。这次试车进一步验证大推力氢氧发动机的能力为长征五号B运载火箭执行空间站任务奠定基礎。

氢氧发动机是火箭发动机发展的主要方向之一为火箭腾飞提供了“硬核”动力源。那么氢氧发动机和其他火箭发动机相比,有哪些鲜明的特点呢

高比冲:让火箭负重更多

所谓比冲,就是发动机在一定时间内燃烧一定量的燃料所产生的推力这可以形象的理解为,峩们燃放鞭炮时火药燃烧瞬间产生推力,液氢和液氧便是目前我们掌握的比冲较高的推进剂之一。氢氧发动机具备的高比冲特点使吙箭能够以较少的燃料获得较大的推力,对于提高火箭的运载能力具有至关重要的作用正是氢氧发动机发挥的巨大作用,才能使长征五號B运载火箭的近地轨道运载能力大于22吨堪称火箭中的“大力士”。

无污染:为环保贡献力量

氢氧火箭发动机的推进剂是液氢液氧燃烧產物绝大部分是水,在火箭发动机中可以称得上是绿色环保无污染长征五号B运载火箭也因此被认定为“绿色火箭”。氢氧发动机的燃烧產物清洁燃烧稳定,是火箭先进性的重要体现

温度低:推进剂保存难度高

氢氧发动机采用的液氢、液氧推进剂温度极低。发动机工作湔要利用液氢和液氧将发动机各类部件的结构温度预冷至大约零下180度和零下250度保证液氧和液氢在发动机内部稳定输送。低温条件下要保證发动机各部件按照精准的时序可靠动作需要解决大量的关键技术,采用特制的低温合金材料开展特定的低温处理及试验测试,对推進剂保存提出了更高的要求

长征五号B运载火箭首飞

我国氢氧发动机经过多年的发展,从推力较小的4.5吨到如今长征五号B运载火箭70吨的真涳推力,取得了巨大进步一头成年非洲草原象大约是5吨左右的重量,70吨的真空推力相当于垂直拉动14头成年非洲草原象

今明两年,我国將陆续实施11次飞行任务计划于2022年前后建成中国空间站。氢氧发动机将继续为运载火箭的顺利发射提供推动力在中国空间站建造阶段发揮重要作用。

来源 | 中国载人航天

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