我國先進電推火箭發動機點火成功,推力雖小比衝大,45天到火星

2020-12-20 騰訊網

對於深空中航行的宇宙飛船來說,發動機用100噸的力推進10秒鐘,和發動機用10噸的力推進100秒鐘,獲得的速度增量是一樣的。推力乘以時間叫做衝量,每一單位的推進劑獲得的衝量叫做比衝。

土星5號火箭發動機f1,單臺的推力是700噸,5臺火箭發動機在兩三分鐘之內就會把2000噸的燃料和氧化劑消耗乾淨。

》化學火箭用在外太空中航行的宇宙飛船上,只能工作很短的時間。

在更長的時間裡,飛船只能在宇宙空間中滑行。

脫離地球引力需要11.2公裡每秒的速度;在地球軌道上,沿著地球公轉的方向,脫離太陽吸引力需要16.7公裡每秒的速度。目前人類的星際飛船有望脫離太陽吸引力的,只有旅行者1號,它脫離太陽系的引力要藉助於引力彈弓效應。

銀河系的逃逸速度是525公裡每秒,脫離銀河系,即使藉助引力彈弓效應也無濟於事。

要達到脫離銀河系的逃逸速度,必須要使飛船長時間的持續加速,這就需要用到霍爾發動機。

》霍爾發動機,是使用霍爾效應噴射高溫等離子體的火箭發動機。

霍爾效應是指帶電粒子在磁場中運動會產生偏轉,由此引起帶電粒子的分布不均勻而產生電勢差。中國可能是使用霍爾效應最多的國家,滿大街跑的電瓶車的調速裝置就是霍爾轉把。

發動機獲得的衝量要靠向後噴射工質的動量來獲得,工質的動量等於質量乘以速度。火箭發動機噴射出來的高溫燃氣,速度最高只有3公裡每秒。

本月初,我國宣布研製成功20千瓦磁聚焦霍爾火箭發動機,等離子流的噴射速度為30.5公裡每秒。

土星五火箭f1發動機的海平面比衝是267,霍爾發動機的比衝,比化學火箭發動機高1個數量級,達到3000比衝。

》使用等量燃料,霍爾發動機能夠使飛船最終速度提高10倍。

但是通常情況下,霍爾發動機的噴射質量非常小,所以產生的推力也非常小。

本次我國研製成功的霍爾發動機,使用磁聚焦,推力可以達到牛頓級別,也就是1/10公斤級別。

諸位不要笑話,人類目前只有這水平。下一步,我國的目標是把霍爾發動機噴射速度提高2.5~3倍。

在太空中飛行的宇宙飛船沒有任何前進的阻力,牛頓級別的推進器只要工作時間足夠的長,仍然可以讓宇宙飛船達到相當高的速度。

》目標:1個半月到火星。

使用化學火箭從地球飛到火星,走霍夫曼轉移軌道,正常情況下需要6個月。使用霍爾推進器,可以把飛行時間壓縮到原來的1/4。

有些文章裡說三十幾天就可以到火星,這是沒有考慮到減速的過程。太空中不存在物質,不能靠摩擦力來剎車,只能靠發動機的反推工作來剎車。

按照動量守恆,發動機工作多久,反推剎車過程就要多久。只有降低到足夠低的速度,才會被火星的引力場所捕獲,否則只能擦肩而過飛到其他地方去了。

》只要慣性定律存在,再先進的發動機,也需要留下一半的燃料用於減速。

但是縮短太空航渡時間仍然會有好處:節省時間,就節約了太空人在太空中旅行需要的各種物資、維持消耗,相當於大幅度的提高了飛船的載貨能力。

美國的霍爾推進器已經做到100千瓦,推力達到5牛頓級別,我國本次的推進器只是在20千瓦,在推進效率上暫時領先。

美國洛克達因公司(也是著名的土星5號火箭f1發動機的製造商)目前正準備研製推力達到1000牛頓級別的霍爾推進器。

如果把霍爾發動機和化學火箭發動機混裝在宇宙飛船上,可以達到接近科幻級別的裝備水平。在深空航行的時候使用霍爾推進器,在地面起飛或降落使用大推力化學火箭發動機。

》1000牛頓級別的霍爾推進器問世以後,幾千噸重的星際驅逐艦時代就會來臨。

美國制霸太空的雄心很大,我國需要迎頭趕上。

使用噴射推進器,10萬噸級別的飛船是極限,而且只能用於航渡,不能用於登陸。

未來我們可以期待的太空旅行模式,是星際擺渡船加小型登陸器的模式,接近於《星船傘兵》裡的某些場景。

這些裝備只能讓人類在土星軌道以內航行,再遠就會超出人類的壽命範圍。

相關焦點

  • 央視公布中國最大推力分段式固體火箭發動機,試車成功!
    其中,發動機試車是發動機研製工作的一個重要組成部分,主要目的是為了驗證發動機的性能是否達到設計要求、是否滿足設計初衷等,是火箭發動機在正式承擔航天發射任務之前必須要完成的一項工作。2020年底一則喜訊傳來,央視公布了中國最大推力分段式固體火箭發動機地面試車成功的畫面。
  • VASIMR發動機——讓39天去火星成為可能(下)
    然而,依靠化學能的火箭發動機是不是最合適的行星際飛船動力?還是NERVA的核熱動力氫工質火箭發動機?本期我們來聊聊更有前景的可變比衝的磁等離子體(VASIMR)發動機。再加上一個合適的磁噴嘴,便可以把等離子體的能量轉變為火箭的推力,理論上估算等離子體的比衝達到3000-50000秒(出口速度達到30-500km/s),相當於最好的化學火箭的60倍。
  • 推力超800噸!俄開始製造最大推力火箭發動機
    俄羅斯開始生產被認為是世界上最大推力的「沙皇引擎」新型液體火箭發動機RD-171MV。俄羅斯專家認為,這一發動機在國際上沒有可以對比的型號,將使俄羅斯在火箭發動機領域保持世界領先地位。《今日俄羅斯》電視臺2日報導稱,這一發動機計劃用於正在研發的「聯盟-5」中型運載火箭的第一級發動機及「葉尼塞」重型運載火箭。RD-171MV發動機重10.3噸,推力超過800噸,這項指標位居世界首位。它比美國安裝在「土星-5 號」重型火箭上的第一級發動機F-1功率更大,但尺寸更小,同時還可重複使用10-15次。
  • 中國首款20千瓦大功率霍爾推力器成功點火,外國網友:令人佩服!
    根據媒體在1月14日的報導,近日,由我國航天科技集團六院801所研製的,我國首款二十千瓦大功率霍爾推力器,成功完成了點火試驗。這款霍爾推力器的點火時間,累計達八個小時,點火次數超過三十次。簡單來說,霍爾推力器屬於電推進裝置,可以將從外部獲得的電能轉化成動能的裝置。與一般的火箭發動機相比,它利用的可以是從太陽能帆板獲取的能源,是從太空中就可以獲取的能源,它的出現就是一場技術革命。而大多數衛星獲取動力,都只能通過燃燒化學推進劑燃料,是化學能轉化成動能。
  • 中國第一臺大推力液氧煤油火箭發動機熱試成功
    據中國航天科技集團消息,該集團六院研製的我國首臺大推力、高性能液氧煤油高空發動機首次整機熱試車獲得圓滿成功。
  • 我國首臺大推力高性能高空液氧煤油發動機整機熱試車成功
    新華社北京7月19日電(白國龍、李昨非)我國大推力、高性能液氧煤油發動機技術近日在高空發動機領域獲得突破。
  • 中國第一套小功率霍爾電推完成在軌測試:推力10毫牛
    來自民營航天企業銀河航天的消息:6月15日21時44分37秒,銀河航天首發星電推進首次點火成功,截至6月17日共計點火8次,均取得圓滿成功,陽極放電電流運行平穩,累積點火時長超過10000秒。這標誌著我國低軌小衛星第一次成功實現了電推進系統的在軌應用。
  • 我國最大的分段式固體火箭發動機試車成功
    2020年12月30日11時32分,由中國航天科技集團有限公司四院自主研製的迄今我國直徑最大、裝藥量最大、工作時間最長的固體分段式助推器——民用航天3.2米3分段大型固體火箭發動機地面熱試車在西安取得圓滿成功。
  • 我國新一代運載火箭長徵八號首飛成功 大推力「無級變速」陝西造
    ,在中國文昌航天發射場順利實施,火箭飛行正常,試驗取得圓滿成功。作為一款專門為太陽同步軌道設計的新型運載火箭,長徵八號火箭未來將成為起我國進軍商業衛星發射的主力火箭。今天發射的長徵八號運載火箭充分繼承長徵五號、七號運載火箭技術成果,使用無毒的液氧煤油作為燃料,填補了我國太陽同步軌道3噸至4.5噸運載能力空白,將與長徵五號、長徵六號、長徵七號等無毒無汙染運載火箭,構成運載能力大、中、小布局合理的新一代運載火箭型譜。
  • 比中國強5倍的離子推進器誕生,人類20年內可登陸火星,馬斯克表示等...
    雖然電推的推力很小,技術目前最強的離子推進器,也還不如一個兒童的力氣大,因此要靠電火箭將衛星帶離地面,是遠遠不夠的,還得靠使用化學推進劑的火箭。所謂的比衝,就是發動機單位流量的燃料產生的推力,如果燃料流量為1千克/秒,產生的推力為1000千克,那麼比衝就是1000千克/(1千克/秒)=1000秒。因此,使用電推進器的太空飛行器,只要攜帶十分之一化學燃料的重量,就可以獲得一樣的衝量,而且太空飛行器還可以為「瘦身」。化學火箭最快以5公裡每秒的速度上升,而霍爾推進器的速度可達每秒40公裡,在時間上,使用電推進器太空飛行器也能節省很多時間。
  • 我國最大分段式固體火箭發動機試車成功
    新華社西安12月30日電(記者鄭昕)30日11時30分許,由我國自主研製的目前直徑最大、裝藥量最大、工作時間最長的固體分段式助推器——民用航天3.2米3分段大型固體火箭發動機在西安實現地面熱試車成功,將助推我國新一代運載火箭能力的提升與拓展。此次試車的分段大型固體火箭發動機由中國航天科技集團有限公司第四研究院研製,發動機總長11.6米、直徑3.2米,分為3段。
  • 長五B運載火箭大推力氫氧發動機可靠性試車成功
    長徵五號系列的大推力氫氧發動機,以其優異的性能和極高的研製難度,被認為是邁向航天強國的重要標誌之一。隨著「天問一號」火星探測器、嫦娥五號探測器的成功發射,大推力氫氧發動機也逐漸成熟,新的挑戰也已經開啟。在航天科技集團六院101所,有一座新建的試車臺,去年剛剛投入使用。據了解,它是針對在長徵五號遙二任務中出現故障的「氧渦輪泵」而建造的。
  • 全球最大推力火箭發動機開造,推力高達800噸,受到世界各國追捧
    根據有關媒體報導,近日俄羅斯有關部門發布消息稱,被稱為「沙皇引擎」的RD-171MV新型液體火箭發動機目前已經開始製造,其最大的特點就是最大推力達到了800噸,這一性能目前世界上還沒有任何一款火箭發動機能夠達到,RD-171MV新型液體火箭發動機的出現超越了美國土星-5 號重型火箭上使用的
  • 《流浪地球》背後的硬核科技 離子電推發動機效率高
    雖然目前這種發動機只停留在電影概念中,但基於同樣原理的發動機,早已經在各類衛星上得到了廣泛應用,還被認為是未來最有希望擔起人類進一步深入邁向太空重任的發動機。一枚火箭升空只能將重量相對於火箭小很多的太空飛行器送入軌道,如果目的地設定於火星乃至更遠,能夠運載的太空飛行器質量則更低。例如,去年成功首飛的「獵鷹」重型火箭的起飛時的整體重量達1420噸。
  • 我國自研「小功率霍爾電推進系統」首次成功在軌應用於商業衛星
    電推進系統,也稱電火箭發動機,是一種不依賴化學燃燒就能產生推力的設備。它的優點是不再需要使用固體或液體燃料,省去了複雜的儲罐、管道、發動機燃燒室、噴管、相應冷卻機構等,能大幅減少太空飛行器的燃料攜帶量。電推進系統利用太陽能轉化為電能,然後電能轉化為機械能。
  • 蘭州「電推」送實踐二十號衛星上太空
    2019年12月27日,「實踐二十號」衛星搭載「胖五」長徵五號遙三火箭在海南文昌衛星發射中心順利發射升空。「實踐二十號」衛星作為我國新一代地球同步軌道大型衛星公用平臺「東方紅五號」的首飛試驗星,是我國新一代通信衛星的「探路者」,具有大容量、寬覆蓋、長壽命、可擴展、多適應等特點,性能與國際上最先進的通信衛星技術水平相當。
  • 「奔火」又「探月」 長徵五號運載火箭基本型已趨於成熟
    事實上,「胖五」火箭最早立項的目的就是用來將探測器成功發射到月球上的。終於完成任務的「胖五」經歷了怎樣的變化?作為我國首型5米芯級直徑的新一代大推力運載火箭,長徵五號自2006年工程立項以來,研製隊伍突破了以大直徑箭體結構設計製造與試驗、三型大推力發動機等為代表的12大類247項關鍵技術,解決了複雜力熱環境、大推力火箭發動機燃燒不穩定抑制等世界性難題,掌握了一批具有自主智慧財產權的新技術,可將約25噸的有效載荷送入近地軌道,或者將14噸的有效載荷送入地球同步軌道,其運載能力
  • 我國火箭發動機動力拾級而上,踐行2018年承諾,為航天項目做準備
    隨後,火箭分級燃燒循環動力技術在1949年首次提出,並被運用於蘇聯行星火箭發動機的動力系統循環設計之中,但真正研發首臺分級燃燒發動機的是1963年德國工程師路德維希,而液氫發動機則由美國在1962年試飛成功,目前,世界最大、比衝數最高的,階段分級燃燒液態氫氧發動機,是美國惠普公司的「太空梭主發動機」。
  • SpaceX的猛禽是目前最強的火箭發動機嗎?
    希望到這篇文章的最後,讀者能掌握火箭發動機的工作原理,了解不同種類的液體燃料火箭發動機,以及懂得甲烷是很好的燃料選擇的原因,並明白猛禽發動機是如何打敗其他種類熱門發動機的。火箭基本就是一個大燃料罐裡面裝著很多燃料,燃料罐的菊花有個東西能把燃料超快的噴射出去,更簡單的說,燃料噴射的速度越快越好。