反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎

日期:2021-03-02 08:40:50 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:147

高不成低不就,液氧甲烷火箭发动机为何如此不受航天大国待见

液氧甲烷发动机为何不受欢迎?

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图1)

2019年5月17日,我国首台80吨级液氧甲烷火箭发动机天鹊"TQ-12在浙江湖州的蓝箭航天发动机热态实验中心完成20秒短程试车,试验取得了成功。

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“天鹊”发动机由民营航天企业蓝箭航天自主研发,其地面型发动机海平面推力达到了67吨,真空推力76吨,真空型的发动机真空推力则达到了80吨。它是世界上第三款大推力液氧甲烷发动机,也超过了YF77氢氧机,是目前我国推力最大的双低温液体火箭发动机,具有无毒无污染、高性能、高可靠性和低成本的特点,而且可以重复使用,代表了未来民用航天主动力的发展方向。

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图3)

本次试车也是一周内的第四次,期最长试车时间为20秒,发动机状态良好,启动关机平稳迅速,各项参数都达到了设计要求。“天鹊”发动机研制成功也正式宣告了中国民营企业首次掌握百吨级液体火箭发动机的全部关键技术。

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图4)

不过让人感到疑惑的是目前在研的几款液氧甲烷发动机基本上都属于民营企业的产品,除了中国航天科技集团公司六院北京11所在2006年研发过一款60吨级的液氧甲烷发动机之外,剩下的就是像美国SpaceX和蓝色起源和国内的蓝箭这样的民营企业在搞,这其中究竟有什么不为人知的原因呢?

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图5)

说起来液氧甲烷发动机和氢氧发动机一样都属于双低温液体火箭发动机,其真空比冲理论上可以达到390.3秒,比470秒的氢氧机低,但比最大理论比冲只有377.5秒的液氧煤油发动机要高。而且液氧甲烷发动机的整体技术难度要远远低于氢氧机,而且可以反复使用,甲烷燃料也具有制取简单、价格便宜、还不会结焦的优势,燃料成本比煤油还要低,这也是很多追求性价比,对发射成本十分敏感的民营企业研制这款发动机的动力。

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图6)

其实当年我国的国家队也曾经对它抱着不小的期望,甚至还研制出来60吨推力的样机,其各项技术参数都不错,甚至可以说是领先于世界了,但后来就没有下文了,原因就是其本身的优势不明显,甚至还有一些弊端。

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图7)

这些弊端当中最明显的就是甲烷燃料虽然价格便宜,而且制取很方便,但其属于低温燃料,其储存温度达到了-161.5℃,而且需要加压,这就造成了燃料储罐的结构重量大的缺点,而且还需要包裹保温绝热材料,又大大增加了它的体积,这一点它就比不上煤油这样的常温推进剂。

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图8)

除此之外甲烷燃料的密度也比煤油低得多,因此也变相的增加了燃料储罐的尺寸和结构重量,再加上低温燃料对储罐材料的苛刻要求,也提高了火箭的发射成本。如此一来,本来在比冲上还有优势的液氧甲烷发动机一下子就被这些缺点抵消殆尽,反而比煤油机还没优势了。

反而高不成低不就的,液氧甲烷发动机为何不受欢迎(图9)

甲烷燃料最大的优势就剩下一个低成本了,不过相对于火箭箭体、记载设备和发动机的制造成本,作为燃料的甲烷可以省下来的成本并不多,大概也就不到2%,如此微小的优势在花钱如流水的航天领域几乎可以忽略不计。

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也许有人会说氢氧机更费钱为何还那么多人在卖力的研发改良。小编想说液氢燃料固然价格昂贵,制取工艺复杂,而且蒸发量大,但它也有很多得天独厚的优势,一是它的比冲比液氧甲烷及液氧煤油都要高得多,尤其是在真空状态下更是胜出一大截,这一点特别难能可贵。第二就是液氢燃料虽然也存在储存密度低,保温绝热层占据大量箭体空间的弊端,但其有一个优势确实甲烷没有的,那就是它密度比空气轻得多,携带再多也不重,这就抵消了一大堆火箭的结构重量。以上两点就是氢氧机受欢迎的主要原因。

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很多人说的液氧甲烷发动机适合用在星际空间航行,因为在很多星球上都存在甲烷,可以随时抽取,用来补充火箭的燃料箱。听到这话小编差点没笑出声,这些人真的是想多了,甲烷在太阳系的很多星球都有发现这一点没有错,包括土卫六、天王星、海王星等等都储量丰富,但你真想取得这些甲烷可不容易,别说你能不能登上这些星球,即使是能够登陆,并且成功获得了甲烷也没什么用,氧化剂要到哪里去找?就目前来看,除了地球,在外星球上几乎是找不到氧气这玩意儿的。没有氧化剂,你火箭上就是有再多的燃料也没屁用。就目前人类的探索发现来看,星际航行依靠化学燃料基本上没什么前途,也走不了多远。

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本文相关词条概念解析:

液氧

液态氧(常用缩写LOX或LO2表示)是氧气的状态为液态时的液体。液态氧广泛用于航天,医学,工业和军事方面。液氧是非常强的氧化剂,有机物在液氧中剧烈燃烧。液态氧呈浅蓝色,沸点为-183℃;冷却到-218.8℃成为蓝色固态。在空气中氧的浓度达到一定比例时可促进燃烧(助燃)而不能自燃。城市煤气(65%)和氧混合,燃烧时火焰温度可达2730℃。液态氧与有机物和易于氧化。

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