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中國(guó)民營(yíng)火箭成功首飛 運(yùn)載能力強(qiáng)實(shí)現(xiàn)“零的突破”

2020-03-27 16:59:28 來(lái)源:騰訊科技

騰訊科技訊(喬輝)據(jù)“星際榮耀”公司官方微信公眾號(hào)消息,2019年7月25日13點(diǎn),該公司的“雙曲線(xiàn)一號(hào)”火箭在酒泉發(fā)射升空,成功把載荷送入預(yù)定軌道。這是中國(guó)民營(yíng)火箭公司第三次嘗試發(fā)射衛(wèi)星,也是首獲成功。

據(jù)悉,雙曲線(xiàn)一號(hào)”為四級(jí)固體小型運(yùn)載火箭,箭體直徑為1.4米,全箭總長(zhǎng)20米,起飛質(zhì)量31噸,起飛推力58.6噸,近地軌道的運(yùn)載能力為300公斤。本次發(fā)射搭載了航天科工空間工程發(fā)展有限公司和北京理工大學(xué)的兩顆衛(wèi)星,搭載了三個(gè)末子級(jí)載荷,以及兩個(gè)商業(yè)配重。

星際榮耀成立于2016年10月,2017年8月正式投入運(yùn)營(yíng),是提供運(yùn)載火箭研制和發(fā)射服務(wù)解決方案的民營(yíng)商業(yè)航天企業(yè)。

2018年4月5日,星際榮耀曾經(jīng)成功在海南發(fā)射“雙曲線(xiàn)一號(hào)S”火箭,那次是亞軌道飛行測(cè)試,不入軌。本次是入軌發(fā)射,載荷要達(dá)到能環(huán)繞地球運(yùn)行的第一宇宙速度。

在中國(guó)民營(yíng)航天公司中,除了星際榮耀,還有兩家也曾嘗試發(fā)射軌道火箭并運(yùn)送衛(wèi)星。

2018年10月27日,“藍(lán)箭航天”曾用“朱雀一號(hào)”固體火箭嘗試發(fā)射衛(wèi)星,但遺憾的是,衛(wèi)星在最后階段沒(méi)能入軌。藍(lán)箭首次拿到中國(guó)民營(yíng)運(yùn)載火箭發(fā)射許可證,并獲得官方正式的服務(wù)支持。

2019年03月27日,另一家民營(yíng)航天企業(yè)“零壹空間”在酒泉發(fā)射“重慶兩江之星”固體運(yùn)載火箭,但火箭在一級(jí)分離后失去控制,發(fā)射任務(wù)遺憾告敗。

細(xì)心的朋友會(huì)注意到,三次民營(yíng)航天公司都采用是固體運(yùn)載火箭。借這個(gè)事件,我們來(lái)普及一下火箭發(fā)動(dòng)機(jī)這方面的知識(shí)。

顧名思義,采用固體推進(jìn)劑的火箭稱(chēng)為固體火箭;采用液體推進(jìn)劑的火箭稱(chēng)為液體火箭??傮w來(lái)講,液體推進(jìn)劑的性能優(yōu)于固體推進(jìn)劑,所以運(yùn)載火箭大多采用液體推進(jìn)劑。液體火箭的推進(jìn)劑分別貯存在火箭的氧化劑箱和燃料箱內(nèi),工作時(shí)由輸送系統(tǒng)將它們送入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室;而固體火箭的推進(jìn)劑就貯存在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi),無(wú)需貯箱和輸送系統(tǒng),方便機(jī)動(dòng)發(fā)射和儲(chǔ)存。

液體火箭和固體火箭燃料上有什么區(qū)別?

主流的液體火箭通常使用的燃料包括,四氧化二氮/偏二甲肼;液氧/煤油,以及液氫/液氧,甚至液氧甲烷。馬斯克未來(lái)用于發(fā)射“星際飛船“的“猛禽‘發(fā)動(dòng)機(jī),貝索斯的BE4發(fā)動(dòng)機(jī)以及中國(guó)民企藍(lán)箭航天正在研制的”天鵲“發(fā)動(dòng)機(jī)都是液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料比較復(fù)雜:

氧化劑,最常用的是:過(guò)氯酸銨,其他的有過(guò)氯酸鉀、鈉、鋰,硝酸銨、鉀、鈉、鋰;

金屬燃料,最常用的是鋁,特別是超細(xì)鋁粉,其他有氫,碳,鋰,鈹,硼,鎂粉末;

粘結(jié)劑,使氧化劑和金屬燃料等固體粒子粘結(jié)在一起成為彈性基體,并為燃燒提供C、H等燃料元素。有聚氯乙烯,聚氨酯,聚丁二烯等;

固化劑,使上述的東西成為固體;

增塑劑,降低粘度,增加流動(dòng)性,改善力學(xué)性能。

液體火箭和固體火箭的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于燃料易于制取、通常從石油或化工原料中可以直接制成,燃燒的比沖大、推力強(qiáng)勁、持續(xù)性好,所以,世界上多數(shù)的大推力運(yùn)載火箭都使用液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力,像我國(guó)的“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭,絕大多數(shù)都使用液體發(fā)動(dòng)機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng),少量采用的固體推進(jìn)器也只是輔助手段。

但是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料灌裝和存儲(chǔ)困難、技術(shù)要求高、同時(shí)使用風(fēng)險(xiǎn)很大,液體燃料經(jīng)常伴隨著高揮發(fā)性和毒性,像我國(guó)發(fā)射衛(wèi)星使用的“長(zhǎng)征”運(yùn)載火箭主要使用偏二甲肼為燃料,這就是一種集揮發(fā)性和劇毒為一體的燃料,同時(shí),液體火箭的體積也很大,轉(zhuǎn)移和機(jī)動(dòng)都很困難。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是目前小型火箭、火箭炮彈藥、多數(shù)軍用導(dǎo)彈的主流動(dòng)力源,其燃料易于工業(yè)制成,同時(shí)便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸,基本沒(méi)有揮發(fā)性和借助空氣傳播的毒性,所以安全性比較好,而且壽命很長(zhǎng),能夠存儲(chǔ)十多年,而液體燃料最多三個(gè)月就會(huì)變質(zhì)。

但是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒比沖較小、燃燒延續(xù)時(shí)間較短、同時(shí)整體的燃料質(zhì)量很大、又受到固體燃料燃燒性質(zhì)的影響,所以用途受到限制。

為什么民營(yíng)企業(yè)初始航天發(fā)射都采用固體發(fā)動(dòng)機(jī)?

2018年年底,騰訊科技曾對(duì)藍(lán)箭航天張昌武進(jìn)行過(guò)專(zhuān)訪(fǎng),正好也問(wèn)到了這個(gè)問(wèn)題。他表示,對(duì)于民營(yíng)企業(yè)來(lái)講,把火箭制造出來(lái)仍然是一件很有挑戰(zhàn)的事情。研發(fā)火箭的保障措施:包括供應(yīng)體系,測(cè)試體系,都需要慢慢建立。如何把社會(huì)資源利用起來(lái),把供應(yīng)鏈條打通,這也是一個(gè)有挑戰(zhàn)的事情,或者說(shuō)這本身比我們的火箭設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)。從技術(shù)上來(lái)講,固體火箭的研制周期比液體火箭要短,可靠性要好,但未來(lái)的大方向還是研制液體火箭。

據(jù)悉,藍(lán)箭正在研制80噸推力的液氧甲烷的“天鵲”液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。本月19日和21日,該公司的“天鵲”液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)100%推力100秒試車(chē)成功。星際榮耀的15噸級(jí)液氧/甲烷變推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)——焦點(diǎn)一號(hào)也已經(jīng)完成了整機(jī)200秒長(zhǎng)程試車(chē)。

如何用肉眼區(qū)別固體火箭和液體火箭?

不同燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰各不相同,但總體來(lái)講液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰較輕,固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常濃煙滾滾。這一點(diǎn)可以從過(guò)去航天飛機(jī)發(fā)射的時(shí)候明顯看得出來(lái)。

我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下航天飛機(jī)的結(jié)構(gòu):航天飛機(jī)兩側(cè)捆綁的是固體火箭助推器,航天飛機(jī)本身在尾部有3個(gè)液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī),航天飛機(jī)腹部有一個(gè)巨大的外掛燃料箱,里面盛放的是液氫和液氧。航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)時(shí),固體推推器的滾滾濃煙完全把氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)纖弱的尾焰完全掩蓋掉!

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