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液氧甲烷发动机:火箭发动机里的“经济适用男”


来源:凤凰财经

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近日,我国首台80吨液氧甲烷发动机——“天鹊”(TQ-12)20秒试车成功,这是继美国SpaceX的猛禽发动机、蓝色起源的BE-4发动机之后,由我国商业航天企业蓝箭航天完成整机试车的世界第三台大推力液氧甲烷火箭发动机。

液氧甲烷火箭发动机以甲烷为推进剂,液氧为助燃剂,二者以一定的比例雾化后进入燃烧室,充分燃烧后释放巨大的推动力,推动火箭升空。比冲高于固体燃料火箭发动机。比冲是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数,比冲越高代表相同质量的燃料产生的动量越大。

此外,液氧甲烷火箭发动机之所以是“一箭多星”主角的实力担当,还因为它能够完成多次启动的任务。固体燃料发动机一旦启动,中途停止燃烧非常困难,一般一直会燃烧到所有的推进剂烧光为止,而液体燃料火箭可通过关闭阀门停止推进剂的流入,从而关闭发动机。张昌武说:“不同轨道的多星布轨,需要在轨具备多次启动的功能,将卫星布入不同轨道,液体燃料火箭具备这样的能力。而固体燃料发动机,无法进行多次启动,只适用提供短期大推力,例如用于起飞阶段的助推。”

张昌武解释,装配液氧甲烷发动机的“朱雀二号”火箭,其低轨运载能力将在4到5吨之间,可以满足批量发射的需求。如果卫星的重量在300到500公斤之间,将实现一次10星到20星的发射,这将大大满足国内星座建设的要求。

由于燃烧后几乎可以做到“了无痕迹”的优点,液氧甲烷发动机天然成为可重复使用发动机的潜力股。“我们6天内进行了4次试车,这对于传统燃料发动机来说频率算比较高了。”祖成说,而且这是使用同一台发动机,无需拆解、重新准备。

除此之外,液氧甲烷发动机的技术门槛也远远低于液氧液氢发动机。与比冲最高的液氧液氢发动机相比,液氧甲烷发动机设计难度小。蓝箭航天动力研发部推力室负责人袁宇将其归结为甲烷好“驯服”,而液氢密度太低,要将其压缩需要极大转速的压力泵,才能让它完成充分混合。“在氢氧发动机里面有两个泵,一个氢泵,一个氧泵,燃气发动机出来的燃气有80%的功率要给氢泵。”袁宇说,此外,液氧液氢发动机贮存燃料箱的工艺难度也大,液氢-253℃,液氧-182℃,两者温度差距大要做隔热,而液氧和甲烷的温度相近,工艺难度大大降低。

[责任编辑:robot]

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