马斯克星舰引擎大改,与中国在研发动机类似,系回收火箭必然路线

共言车间 2024-08-07 17:26:43

马斯克在X上亲自发帖,展示了猛禽3.0发动机。和1.0、2.0版本不同的是,3.0版本的海平面推力已经达到了280吨,比1.0版提高了100吨。

与此同时,1.0版外部大量复杂的管道消失了,取而代之的,是一个空前简约化的造型。3.0版是怎么实现瘦身的?中国能不能做到?

火箭发动机简约化不是为了时尚,而是为了充分服务于可重复使用。

火箭发动机上有那么多复杂的管道,主要是用在两个方向上。第一个方向,是确保燃料能按计划,先推进涡轮泵,再喷进燃烧室。第二个方向,是给喷管降温。

猛禽1.0上密密麻麻的小直径管道,看起来像蜘蛛精附体了,就是服务于喷管降温的。发动机喷管的材质不过是合金钢而已,但从燃烧室吹出的燃气,温度远超钢铁熔点。如果不降温,在一级火箭完成工作以前,喷管就融化了。

但火箭的重量斤斤计较,不可能给它再配一套冷却系,风冷水冷都不行。但是,火箭上自己带着极冷的物质,就是液氧和甲烷。用液氧在喷管表面流过,就可以把热量带走了。加热的液氧还更容易沸腾汽化,有利于充分燃烧。

对热力工程有了解的朋友们会马上指出过来,不就是换热器吗,这个我熟,管子越细越好,毛细管那是最好的。火箭发动机外面的复杂细管,就是干这个用的。要把液氧分成多路管道,绕行在喷管外表面,带走热量之后再回到燃料供给系,准备燃烧。

无数的粗细管道,就构成了火箭发动机的一个重要外观特征。在猛禽1.0和2.0版本中,我们可以清晰地看到这一点。

装载在星舰上的猛禽V1发动机,管路相当复杂

那么,在猛禽发动机的3.0版当中,上面说的这些管道都哪去了?

首先是工艺和布局的优化,随着迭代设计,设计师们发现,有很多接头、阀门和旁路根本不需要存在,顺其自然就好。

其次是工艺的改进,在部件内部雕刻出孔洞和槽道,取代原来的管道。比如液氧降温。在早期发动机当中,确实可以看到大量细管绕行喷管外侧。但如今的方法,是把喷管设计成内外两层,在内层刻出细密的沟槽,再用滚动摩擦焊,把外层与内层焊在一起,液氧毛细通道就浑然天成了。而如何操作,是各大航天强国的不传之秘。

解决了喷管,但前往喷管降温的液氧,和返回的液氧,还是需要管道的。它们是构成外部细管网络的主体。要让它们消失,就得依赖金属3D打印技术。用金属3D打印,可以把数量庞大的液氧管,构造在一整块金属内部。这是传统金属工艺做不到的,也是现代火箭工程师的福音。

所以说,在猛禽V3.0简洁的外表下面,发动机原理依旧,复杂的管道依然存在,只是我们看不到了。

V1与V3的对比,V3要简洁得多

这样的改进,对火箭重复使用是决定性的优势。它大大提高了发动机的生产和检修效率。传统上,管道要靠人工来焊接和连接的。一些粗大的管道或许可以用自动焊接,细管只能手工操作。曾经有无数诗歌赞美火箭发动机是艺术品,然而艺术品不能普惠,工业品才可以。3D打印可以自动加工,人类只需要监控生产过程,然后负责大部件组装测试就可以。效率提高了至少一个数量级。而且手工操作的环节越少,质量就越可靠。沟槽式的液气通道,在实际飞行的时候,也比外置管道更结实、更不容易损坏。这对于重复使用来说,是至关重要的。

其实,整个航天界都在努力尝试的简约风,日本H3火箭使用的LE9发动机,就算得上相当简约了。

日本H3火箭采用的LE9发动机,是液氢液氧发动机

问题是,大家的进步速度都不如马斯克。在这么短的时间里,马斯克就完成了三个版本的迭代。但是人们也看出了马斯克能够迅速进步的秘诀,那就是舍得投入,敢于大胆采用新思路新工艺,不怕失败反复迭代,用最短的时间搞出型号来,颇有“用钱砸死你”的风范。

摸清套路的中国航天企业,正走在急起直追的道路上。中国正在研制的几种新型发动机,包括用于登月的YF-100发动机,也可以看到发动机外观的简约化发展,意味着新技术新工艺的普遍采用。这对于开发重复使用火箭,是一个基础性的要素。

中国航天YF-100发动机

根据近期一些公开学术研讨会的消息,中国航天领域已经认同了星舰的思路,也就是用多台大推力发动机,驱动超重型可重复使用运载火箭,实现后一个时期的大运载量天地往返。在新型发动机和火箭领域,美国几乎是靠马斯克孤军奋战,蓝色起源和ULA公司也染上了波音那样的大企业病。而中国已经是百舸争流。到2030年后,可重复使用火箭会不会今天新能源汽车的产业格局,也就是马斯克独战一大批中国企业,也是值得期待的。

1 阅读:426
评论列表
  • 2024-08-11 09:56

    现在波士顿动力公司的机器人是抄袭中国的了,以后马斯克也必须是抄袭的?以后拿破仑建的金字塔也必须是抄袭中国的?

  • 2024-08-08 19:20

    可以载人登月不,能接回俩宇航员不。

  • 2024-08-10 10:48

    研发?找间谍抄袭中国航天科技才是真

  • 2024-08-12 11:22

    感觉不太靠谱!起码目前不可能做到这样简洁的!

共言车间

简介:感谢大家的关注