「星艦」暫停發射,長征火箭仍有機會,但我仍希望星艦能成功。

科技銘程 發佈 2024-01-10T18:30:56.494845+00:00

4月17日20時,SpaceX的超級火箭「星艦」發射計劃暫停,原因是壓力閥出現問題。馬斯克表示:「星艦的壓力閥似乎凍結了,除非不久後恢復工作,否則今日將不會發射。」

4月17日20時,SpaceX的超級火箭「星艦」發射計劃暫停,原因是壓力閥出現問題。

馬斯克表示:「星艦的壓力閥似乎凍結了,除非不久後恢復工作,否則今日將不會發射。」

按照計劃,「星艦」將在起飛3分鐘後開始一級分離,進入預定軌道,在150英里的高空飛行後濺落在夏威夷附近的太平洋,整個過程持續約90分鐘。

SpaceX的「星艦」吸引了全球的目光,很多人都想一睹這個「大傢伙」的風采,憧憬一下火星移民的夢想。

那麼問題來了,SpaceX的「星艦」真的只是為了實現馬斯克的「火星夢」嗎?未來我國的長征九號火箭能否逆襲「星艦」,實現我們的航天夢呢?

SpaceX星艦

馬斯克一直有一個「火星夢」,這在各位網友看來十分瘋狂,也不切實際。畢竟地球比火星更適合人類生活。

火星是八大行星之一,直徑只有地球的一半,溫差高達到了160℃,火星大氣以二氧化碳為主(95.3%),稀薄且寒冷,遍布撞擊坑、峽谷、沙丘和礫石,沒有穩定的液態水。

經過專家分析,火星曾經存在過水,甚至有大湖、海洋和乾淨的水。這或許就是馬斯克執著移民火星的原因之一吧!

馬斯克說:宇宙已經存在138億年,地球也誕生了45億年,再過5億年,太陽將會膨脹,海洋會被蒸發掉,地球不再適合生命生存,意味著永遠不會有意識再產生。而人類還未去過其他星球,就毀滅了,父母、孩子、老師、巨星、政客、罪犯都將變成塵埃。

或許這就是馬斯克執意去火星的原因,他要將火星變成人類的家園,在那裡繼續我們的歡樂與苦難。

為了這個夢想,馬斯克斥巨資打造了「星艦」超級火箭。它的相關參數如下:

1、總高度120米(40層樓高),直徑9米,分為上下兩級;

2、一級是「超重型推進器」高70米,搭載了33台「猛禽」發動機,二級高50米,為飛船船艙搭載了3台猛禽2代和3台猛禽真空版。

3、星艦的一級推力達到了5400噸,超過了「土星5號」的3408噸,也超過了長征9號的4000噸。

4、猛禽發動機近地軌道運力為300噸,全回收情況下為150噸,在軌運輸能力為100噸。

最為奇特的是,星艦並非由昂貴的鈦合金打造的,而是由「不鏽鋼」製造,甚至可以說是一個大大的鐵傢伙。

有網友表示不理解,不鏽鋼能扛得住太空中低溫嗎?零下幾十度都會變得很脆,火星最低溫為零下140℃,星艦到了那還不變成蝦皮一樣啊?

但實際上,星艦採用的不鏽鋼並非我們日常使用的,而是添加了金屬鉻鎳,從而增強了不鏽鋼強度,提高了其延展性。

這樣一來,哪怕是到了-180℃,這種不鏽鋼都具備12%至18%的韌性,並且十分堅固,根本不用擔心裂縫、破碎問題。

這種不鏽鋼不僅性能不錯,關鍵是價格低廉,很適合資金不足的馬斯克。(不要以為馬斯克是世界首富,就能玩得起火箭,他和一個國家比起來差遠了)

馬斯克的SpaceX在起步的時候,基本靠著NASA的訂單活著,當然也有其他企業(特斯拉)的補血。

所以馬斯克從蚱蜢到獵鷹九號,再到如今的「星艦」都採用了回收技術,就是為了節約資金,畢竟「一分錢難倒英雄漢」啊!

馬斯克最初也考慮使用先進的碳纖維,但是看到價格後傻眼了。一公斤碳纖維成本價為927元,並且有35%的報廢率,這樣單價就提升到了1370元/公斤,而不鏽鋼只有20元。

所以,馬斯克果斷放棄了碳纖維,選擇了不鏽鋼,然後進行添加、改造、加工。

此外,馬斯克的星艦是可回收的,碳纖維同樣不適用,而鈦合金僅僅是隔熱瓦就讓馬斯克望而卻步,比來比去還是不鏽鋼划算。

當然,不鏽鋼也有缺點,那就是「重」,因此它需要一款強大的火箭發動機,而「猛禽」就十分合適。

猛禽發動機有多牛?

當我們看到星艦需要30多台發動機並聯時,認為其發動機推力也一般,但這次我們有點失誤。

單台猛禽發動機的推力已經達到了230噸,未來將繼續提升至250噸。是我國現役長征五號發動機的2倍(長五YF-100單台推力為120噸)

更可怕的是,猛禽採用了「全流量分級燃燒」技術,可以最大限度的榨取剩餘能量,因此它的潛力更大。

為了更形象,我們用星艦和長征五號做個簡單的對比:

長征五號的推力為1078噸,如果使用猛禽發動機的話,5台就夠了,實際上我國使用了10台。

星艦推力為5400噸,如果使用YF-100的話需要45台,考慮到部分發動機故障,需要60台左右,實際上星艦一級使用了33台。

簡單對比之後,你會發現,猛禽發動機的推力並不小,而且很大。

此外,製造發動機時,我們還要考慮推力面積,簡單來說就是在單位面積上推力越大越好。我們總不能弄個200噸的推力,但發動機直徑就5米吧?

我國長征五號的助推發動機YF-100,推力為120噸,噴管直徑為1.33米。同樣直徑的猛禽推力就達到了230噸,差距為110噸,差距有點大。

俄羅斯的RD-180推力達到了383噸,但是它的雙噴口直徑達到了3米,如果使用猛禽的話,可以安裝兩台,推力為460噸,還是具備很強的優勢。

猛禽除了在硬體方面夠硬外,軟體方面也很不錯。

我們可以看到,星艦底部密密麻麻的安裝了33台猛禽發動機,裡面裝滿了液氧和液氧甲烷,任何一台發動機發生泄漏或故障,都將是一場可怕的災難。

有網友可能計算了一下,單台發動機推力為230噸,33台發動機,總共提供了7590噸的推力,這遠大於5400噸,為什麼還要安放這麼多「炸彈」呢?

答案是動力冗餘,如果火箭點火後,有2、3台發動機因為故障停機,總動力不會受到影響,仍然可以完成任務。

但是如此多的發動機並聯在一起,就對艦載控制系統提出了很高的要求,第一時間隔離故障,緊急關機,保證任務完成,就是它的任務之一。

此次星艦發射暫停,由壓力閥導致,這項故障就是軟體系統判斷並且報警的。

介紹完猛禽,我們再來看一看他們引以為傲的全流量分級燃燒技術。

全流量分級燃燒

全流量分級燃燒被稱為火箭發動機史上的「聖杯」,誰能夠掌握這項技術,誰就能在未來航天競賽中占有巨大先機。

幾十年來,蘇聯、美國的科學家在該領域不斷摸索研究。

60年代美蘇太空競賽時,蘇聯科學家格魯什科就帶領團隊研發了一款名叫RD-270的發動機,希望能夠使用上這項技術。

但因為技術原因,一直無法解決富氧和富燃燃氣進入主燃燒室後,產生了高頻振動。

更要命的是,當時試驗使用的燃料是一種「劇毒燃料」,每次試驗後都要清理試車殘留的燃料,導致研發進度十分緩慢。

1969年7月16日,阿波羅登月計劃成功,美國人率先登上了月球,贏得了太空競賽。蘇聯也下令終止RD-270發動機的研發,「全流量分級燃燒」技術最終夭折。

如今,猛禽發動機就採用了這項「全流量分級燃燒」技術,所以星艦一改往日的「矮窮矬」面目,頓時變成了「高富帥」。

全流量分級燃燒是分級燃燒的升級版,其擁有兩套獨立的渦輪機和預燃室系統,分別用於氧化劑和燃料的與燃燒,從而產生推力為各自的渦輪泵供壓,基本流程如下:

1、富燃預燃室驅動燃料泵

將剩餘大部分的燃料和小部分氧化劑送入富燃預燃室燃燒,產生富燃燃氣,驅動燃料渦輪泵,從而使燃料到達主燃燒室。

2、富氧燃燒室驅動氧化劑泵

將剩餘大部分的氧化劑和小部分燃料送入富氧預燃室燃燒,產生富氧燃氣,驅動氧化劑渦輪泵,從而使氧化劑到達主燃燒室。

3、全面會師

兩個渦輪泵出的燃料和氧化劑在主燃燒室進行二次燃燒,產生巨大的壓力,再由噴嘴噴射出。

全流量分級燃燒在設計和測試上非常困難,但是有效的解決了開放式循環引擎的浪費,同時不用擔心渦輪機和泵密封不好污染燃料。

全流量分級燃燒提高了渦輪的工作量,擁有更強的泵功率。不但降低了泵的溫度,提升了泵的性能,同時實現了更高效的氣氣燃燒,產生更大的推力。

長征火箭仍有機會逆襲

只要星艦一日未發射成功,美國一日未重返月球,我國的長征火箭就有逆襲超越的機會。

近日,有消息稱長征九號超重火箭又有了新設計:一級引擎又增加了4台,推力達到了6000噸,超過了猛禽的5400噸。

這樣的推力也使得未來長征九號高度達到了114米,直徑達到了10.6米,也變成了「高富帥」。造型上面,長征九號和星艦、土星五號相似,都是直筒狀。

發動機方面,長征九號一級搭載了30台240噸級的液氧甲烷發動機,二級火箭搭載了兩台200噸級發動機,三級火箭搭載了一台120噸級發動機。

近地軌道運力最高可達150噸,地月轉移軌道最高可達54噸。

由於火箭發動機是國家機密,官方和各大媒體並沒有具體的報導,研發進度也不得而知,但是相信我國在航天領域的水平絕對是一流的。

寫到最後

星艦因為故障暫停發射,對於我國的長征系列火箭來說是一件好事,至少不會落後很多,甚至有可能逆襲超越。

但是,說實話,我還是希望星艦能夠成功。當然不是希望美國永遠壓我們一頭,而是希望在有限的生命中能夠看到人類登上火星。

同時也想看到中國人登上月球,在月球插上五星紅旗。(很多時候動力源自壓力)


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