热门:从“猎鹰1”到“大猎鹰”，SpaceX火箭真能飞到火星？

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到“猎鹰1”、“猎鹰9”、“重猎鹰”，再到拥有宇宙飞船的“大猎鹰”，spacex的火箭是如何一步一步升级的？ 10年的火箭路从小型到严重的2002年，口罩正式投身商业宇宙，spacex破壳而出。 招募士兵买了马后，新生处理的第一个问题是制造自己的火箭。 到2008年，低轨道运输能力只有420公斤的“猎鹰1”在经历了3次失败后，终于试射成功了。 “猎鹰1”是名副其实的小火箭，直径小于1.7米，高20米，第一级火箭配备了“灰背隼”( merlin )发动机，第二级也只配备了一台“红隼”发动机。 spacex根据“猎鹰1”的项目经验掌握了火箭的开发制造技术，特别是验证了“灰背隼”发动机的可靠性，在几次发射后进行了“结束的高阁”。 年6月，长70米，直径3.7米，低轨道运力超过10吨的“猎鹰9”首次飞行成功。 短短两年，spacex实现了从小型火箭到中型火箭的飞跃。 这主要有两个理由。 在设计上，“猎鹰9”的一级火箭使用9台与“猎鹰1”相同的发动机，二级也使用一台“灰背隼”发动机。 因此，在“猎鹰1”的开发中加入了关于“猎鹰9”的动力系统的研究。 从实验的流程来看，spacex被称为“马鞭草”，具有极其简化的能力。 2009年10月，“猎鹰9”进行了第一级火箭点火试验，但仅一个月后就进行了第二级火箭点火试验。 七个月后，直接开始了第一次飞行。 根据nasa以前报道的“开发过程”，“猎鹰9”的开发需要40亿美元，而spacex开发“猎鹰1”和“猎鹰9”只需要3.9亿美元。 年，spacex宣布两年内完成“大型猎鹰”的开发。 “大型猎鹰”看起来不太复杂。 就是把两个“猎鹰9”的一级火箭绑在完美的“猎鹰9”上作为推进器。 但是spacex为了做到这一点花了近七年的时间。 另一方面，由于期间“猎鹰9”的发射失败了两次，因此弄错了研究开发的过程。 另一方面，与“捆绑”火箭相关的结构设计并不那么简单。 另外，spacex为了提高“猎鹰9”的性能指标释放了很多能量，克服了一级火箭回收技术。 年2月，低轨道运力63.8吨的“大型猎鹰”终于向宇宙发射了口罩红色的“特斯拉”。 从“猎鹰1”到“大型猎鹰”，10年间spacex的火箭运输力增加了15倍。 想要得到火箭首先必须把那个“心”火箭变成系统工程，发动机是它最核心的技术。 从“猎鹰1”到“大型猎鹰”，“心”不变，以“灰背隼”系列火箭发动机为第一动力源。 不同的是，一级火箭的发动机数量从一个增加到了27个。 “这么多发动机并列面临工作同步性、一致性等问题，火箭动力系统的数量和复杂性也大幅上升。 “知名宇宙专家蒋天(假名)认为，并联方法可以降低对单一发动机的推力诉求，开发更大推力发动机面临的大流量涡轮泵、大流量推力室等技术课题，特别是流量增大引起的地面试验系统的匹配很困难。 蒋天表示，“灰背隼”火箭发动机以液氧和煤油为推进剂，采用气体发生器式泵压循环方法，结构简单可靠。 特别是，“灰背隼”使用针式喷雾，实现推力的连续可变，以火箭的垂直着陆回收为目的。 “根据火箭发动机的原理，实现连续推力调节的主要方法有变更推进剂的供给量、变更发动机喷嘴的喉部面积、变更喷射面积等。 蒋天进一步解释说，改变推进剂供应量，改变喷出器面积是实现液体火箭发动机连续推力调节的主要方法。 因为改变喷嘴的喉部面积会带来热和烧结等问题。 针式喷射器通过改变喷射器面的面积来控制燃料流量，实现发动机推力的大范围连续调节。 20世纪60年代，美国trw企业发现，阿波罗计划着陆机的下降发动机最初使用了针式喷雾。 spacex成立之初挖掘了trw企业的火箭专家汤姆·穆勒，为火箭发动机技术做了“捷径”。 “灰背隼”包括很多型号，早期的“灰背隼”-1a的推力只有340公斤，新型的“灰背隼”-1d的推力超过900公斤，从40%连续变化到100%。 “《灰背隼》发动机首先在推力的提高、推进比的提高等方面有所改善。 蒋天表示，其中从a型到b型改善涡轮泵的性能，提高转速和扬程，从b型到c型改变推力室的冷却方法，实现再生冷却，d型进一步提高推力，实现了大幅度连续的推力可变事业。 未来“大猎鹰”的目标是火星探测月球和火星，spacex正在建设“大猎鹰”的超重火箭，计划年初飞行，2023年绕月球飞行，2024年带人去火星。 “猎鹰”高118米，直径9米，近地天体达到150吨，超过了“阿波罗”计划中采用的“土星5号”和开发中的“空间发射系统”( sls )，排名世界第一。 另外，“大猎鹰”的2级火箭可以回收和再利用，名副其实的是“完全可再利用火箭”。 “大猎鹰”的超大推力的实现方法与“大型猎鹰”相似，其一级火箭由31个新型“猛禽”(猛禽)发动机并联连接而成，总推力达到6180万牛。 二级火箭被称为“星船(Starship)”( starship )，由六个“猛禽”发动机提供动力，总推力达到1200万牛，可以载人深空旅行，也可以在宇宙中发射探测器、卫星等航天器。 既然说“猎鹰”，就不要说“猛禽”火箭发动机。 研究表明，“猛禽”发动机以液氧甲烷为推进剂，单体的最大推力接近2000公里，可从20%连续调节到100%。 与其他现役火箭发动机相比，“猛禽”最大的区别在于使用了“全流量分级燃烧”技术。 蒋天对科技日报记者说，所谓的“全流量分级燃烧”技术需要两个预燃烧室，一个燃烧大部分燃料和小部分氧化剂，另一个燃烧小部分燃料和大部分氧化剂，生成的气体分别是燃料涡轮泵和氧化剂涡轮 该系统通过涡轮的气体温度更低，涡轮的采用寿命更长，有利于增加发动机的重复采用次数。 “另外，由于液体甲烷推进剂与低粘结性能比较便宜，因此多被认为适合火箭发动机的再利用。 蒋天表示，俄罗斯在20世纪90年代也开展过推力100吨和200吨级大推力液氧甲烷发动机的开发。 蒋天认为，总体来看，spacex火箭发动机技术具有一定的先进性和参考意义，特别是可重用的行业。 另外，spacex在降低发动机质量、提高推进比等行业也做了很多有意义的工作。 原标题从“猎鹰1”到“大猎鹰”spacex火箭真的能飞往火星吗？ (本论文来自澎湃信息，越来越多的原始信息请下载“澎湃信息”app )