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烧火油火箭只能出大气层烧电能飞出太阳系飞出银河系烧什么

2020-01-11

从榜初次进入太空起,到现在现已过去了半个多世纪,但我们依然对火箭发射抱有千般热心,甚至前几天的胖五发射时最佳观景区人满为患,因为它联接的是六合,通向的是星斗大海和不知道。

但从1926年3月16日罗伯特·戈达德在麻省奥邦城发射的榜首枚液体火箭之后,人类的火箭技术在原理和燃料上并没有太大的改动,即使到现在为止化学燃料火箭依然是人类前往太空的主力,但火箭技术开展到现在,除了前往近地轨道化学火箭主力以外,星际飞行真的束缚太大了,难道就没有更先进的燃料或许技术了吗?

榜首枚液体火箭发明者戈达德

关于火箭燃料

刚刚我们聊到了罗伯特·戈达德的榜首枚火箭用的是液氧和汽油,其实最早的火箭应该算中国古代的黑火药推进的火箭,因此在火箭领域里有固体火箭和液体火箭两种!

固体火箭:燃料中含有氧化剂,比如最早的就是黑火药

液体火箭:燃料和氧化剂是分其他,两者在燃烧室相遇点着

当然黑火药现在仅仅是用在俗称二踢脚的炮仗上了,再也么有人将它用在火箭上。固体推进剂就是氧化剂、燃料和其他增加剂组成的固态混合物,按配方可分为单基推进剂、双基推进剂、复合推进剂、改性双基推进剂等,或许按能量水平分为低能、中能和高能推进剂,或许有烟无烟推进剂

固体火箭的燃料常常也作为导弹的燃料,比如PBAN推进剂就被民兵III和航天飞机的固体助推器运用,法国的M4导弹用的CTPB推进剂,我国的巨浪-1也用CTPB复合推进剂! 法国的M51运用的是高能NEPE推进剂,当然高能推进剂作为助推器再适合不过!

液体燃料则最早是汽油与液氧,或许酒精液氧,或许液氧与火油,或许硝酸与烃类,当然还有我国除了长九与长五以外用的最多的是化二氮与偏二甲肼等,除了燃料不同以外还有不同的燃料供应办法以及不同的燃烧循环等,当然这些结构都对火箭的比冲和推力都有非常大的差异,但本质上并没有太大的差异!

关于推力和比冲

上文说的推力和比冲都是火箭建议机有两个非常要害的方针,许多人搞不清楚推力和比冲之间的联络,认为建议机推力越大越好,我们以当年的土星五号榜首级火箭F1建议机和俄罗斯最牛逼的RD180建议机为例

F1单台推力6672.333千牛,比冲260秒,

RD180单台推力4151.9千牛,比冲311秒

F1建议机

看起来F1的推力秒杀了RD180,但我们都知道RD180比F1建议机要先进得多, 我们我们能够这样来了解比冲,即单位燃料发作相同的推力,比冲高的要继续得更久,简略的说两台建议机,假设推力相同,比冲高的明显省节省燃料。

怎样行进推力和比冲?

F1建议机和RD180都是火油机,F1是燃气发作器循环,RD180是高压分级燃烧循环,当然它们的比冲让这凹凸立分,F1建议机是阿波罗登月时期的创造,到现在现已过去了半个世纪,而最NB的火油机比冲依然只需行进了不到100S,因此在结构和燃烧办法上的行进是有天花板的,比如在大气层内作业的涡扇建议机能够简单抵达3000S以上

涡轮喷气-冲压-火箭的空天建议机

所以改动作业机制是最快的捷径,将0-60千米内的作业阶段切换成运用大气层内氧气的作业办法,那么简单的就能够将火油机的比冲从300多秒行进到2000秒以上,再不济1000S也是火箭望其项背相同的存在,在60千米以上的高空则切换到火箭方式,那么至少在最近一段时间内比冲能够大幅度进步,但到了太空仍是会存在极大的束缚性,因此有必要要有一种革命性的机制来替代化学燃料。

离子电推和霍尔电推

前者比冲比后者高,但后者推力更大,这种建议机原理也不凌乱,“燃料“电离后将离子和电子分别,比较重的离子在电场下加速向后导出,根据作用与反作用规则,飞行器将会获得一个向前的推力,而电子则从电子枪或许以建议机加速的方式与离子中和,避免建议机电荷堆集!

离子电推的喷气速度比化学火箭喷气速度高成百上千倍以上,因此这种建议机比冲极高,能够抵达3000S以上,VASIMR则能够抵达30000S以上,关于化学火箭来说碾压的,但它们的推力极小,化学火箭以千牛计,离子建议机以毫牛计!怅惘两者从原理上来说完全不能相通,无法做到高推力与高比冲统筹!

运用高能燃料

两条路子,一条是增加燃料密度,比如全氮阴离子盐,它的威力是TNT的10-100倍以上,这对固体助推器来说怎样运用是一个问题,其他还有金属氢,这个密度下能量密度非常可观,但不论哪个难度都极大,特别是金属氢,迄今为止没有有组织制造出来过。

美国宣告组成出金属氢

另一条路子就是运用现有的核裂变技术,裂变材料裂变时的质量赔本转换为能量,这种原子能的能量密度是化学材料无法比拟的,因此它的比冲将高达5000-10000秒,但它的后遗症也是很明显的,放射性污染,或许潜在的放射性污染,即使我们规划的结构不会将放射性污染带出喷气口,那么它假如缺点坠毁呢?

所以这条路依然难以走通!

关于星际飞行建议机

我们所说的星际飞行或许是太阳系内的,时间一般为数月数年甚至数十年,假设是恒星际,那么或许是数百年甚至上千年,当然我们以现有的作用与反作用力原理的建议机类型为例!那么我们将会发现一个问题,即使建议机比冲再高,它所带着的介质总会有耗尽时分,而且极有或许的情况是燃料依然非常满足,但介质没有了,比如离子建议机和核裂变建议机!

离子建议机:电能加速氙离子或许其它介质

核裂变建议机:裂变高温加热气体或许其它介质

化学火箭建议机这种比冲只需几百秒的渣渣就不考虑了,但在这种超高比冲的建议机上,将会装载许多的介质,也就是所谓的工质,因此这会有一个问题,也就是《三体》中章北海极力推重的无工质核聚变建议机,其实这仍是有工质,只不过工质与燃料一体了,这关于长时间在深空作业的建议机意义非常大,因为只需带着燃料一种,不只下降结构凌乱度,也下降总装质量。

不需要剩下工质的建议机有吗?

当然有,其时的暴力型在飞船屁股后边丢核弹的建议机就算不需要剩下工质,或许《三体》直接用核聚变辐射推进型建议机,或许实践点EMDRIVER,这些都是不需要剩下工质的建议机,但供应能量的的燃料明显是少不了的,其间EMDRIVER是不丢掉质量,理论上来看是非常志向的建议机。但推力比离子电推还要小,实在够呛。

翘曲空间的曲速引擎则是最志向的建议机,因为它的原理将让它不再遭到光速的束缚,可完全在人类寿数内跨过银河系甚至抵达仙女星系,这是任何一种作用于反作用力建议机无法抵达的,但很怅惘,到现在为止还仅仅停留在梦想中!

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