火箭不僅可以用火,還能用水,水火箭也能飛上太空嗎?

科學信仰 發佈 2024-01-28T02:26:19.506026+00:00

你聽說過「水火箭」嗎?這裡所說的水火箭可不是那種裝上水在空地上放飛的飲料瓶子,而是能夠真正將飛船帶上太空的火箭。「水火箭」這個名字聽起來就很奇葩,火箭之所以叫火箭,就是因為它要噴火,把火換成了水,多少有點名不副實。不過名字是否恰當並不重要,重要的是水火箭真的能夠飛上太空嗎?

你聽說過「水火箭」嗎?這裡所說的水火箭可不是那種裝上水在空地上放飛的飲料瓶子,而是能夠真正將飛船帶上太空的火箭。

「水火箭」這個名字聽起來就很奇葩,火箭之所以叫火箭,就是因為它要噴火,把火換成了水,多少有點名不副實。不過名字是否恰當並不重要,重要的是水火箭真的能夠飛上太空嗎?這的確不是一個玩笑,一家名為「ARCA」的商業航天公司就開發了一款水火箭,而且已經進入了地面試驗階段。那麼,水火箭的工作原理是怎樣的?與傳統的火箭相比有何不同呢?


其實,傳統火箭的核心原理並不複雜,就是通過瞬間點燃大量的燃料,從而產生大量的高溫氣體,當這些氣體快速向後噴出的時候就會產生一個力量相等、方向相反的反作用力,於是火箭就被推上了天。

在火箭上天的整個過程之中,到底向後噴什麼並不重要,重要的是兩個問題,一是噴出去的物質的質量,二是噴出去的物質的速度,這兩點就決定了最終推力的大小。由此可見,把火換成水是完全可行的,而且還能夠「減少中間商賺差價」。


傳統的化學燃料火箭需要有一個發動機,但是水火箭就完全用不著了。

因為傳統的火箭需要先燃燒再噴射,而且為了能夠獲得足夠的噴射速度,還必須擁有一套增壓輸送系統,但水火箭完全用不到這些,為什麼呢?因為水火箭之中裝載的是高溫高壓的水,這些水的溫度高達250℃,所以這些水暴沸時所產生的壓力已經完全夠用了,甚至於比傳統的火箭還要有勁得多。當然,這還得益於另一方面的因素,那就是水火箭啟動時噴射而出的水蒸氣所產生巨大加速度會帶來不小的機械壓力,從而起到自然增壓的效果。


這樣看起來,水火箭的原理和結構比傳統火箭還要簡單得多,不僅不需要發動機,也免除了那一套複雜的動力傳輸系統。

現在問題來了,水火箭不需要燃燒這個過程,那麼其中高達250℃的水是從何而來的呢?水火箭中的水的加熱過程分為兩個階段,第一階段就是起飛之前的準備階段,此時水火箭會連接外部電源,通過水箱內的電阻絲對水進行加熱。當水溫達到250℃之後便可以起飛了。


離開地面的火箭無法再連接外部電源,但加熱工作並不能因此停止,因為加熱停止會導致水溫快速下降,進而影響到後續的升力,此時加熱過程將進入第二階段。

第二階段火箭會依靠自身的鋰電池供電繼續對水箱內的水進行加熱,根據ARCA所公布的數據,起飛後的水火箭加熱功率仍然能夠達到42兆瓦,這為水火箭維持水溫和水壓提供了保障。水火箭的基本工作原理已經知道了,那麼到底為何要研發水火箭呢?水火箭與傳統火箭相比有兩個明顯優勢。其中第一個優勢已經說過了,那就是水火箭的結構更加簡單。


水火箭的第二個優勢在於它的推重比非常高。

所謂推重比,就是發動機的推力與火箭的重量之比,推重比越大說明火箭的推力越強,也就能夠把更重的火箭推上天,顯然,水火箭的推重比是完勝傳統火箭的。不過水火箭也有劣勢,那就是比沖很低,所謂比沖就是指發動機的工作效率。由此可見,水火箭並不是萬能的,它最佳的應用領域就是火箭的第一級,因為在火箭起飛時最需要的就是大推力。

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