更可靠!HyImpulse測試石蠟/液態氧混合動力火箭發動機

2021-01-15 zhoupeng198315

本月,發射初創公司HyImpulse在德國航天局的Lampoldshausen基地成功測試了其16800磅的混合動力火箭發動機。

HyImpulse的總部位於德國的紐恩施塔德,該公司正在開發其SL1三級運載火箭,其設計目的是將有效載荷高達500公斤帶到太陽同步軌道。

這個輕型運載火箭將由12個16800磅的混合動力火箭發動機提供動力,其中第一級有8個,第二級有4個,第三級還有4個較小但相同的發動機。

HyImpulse公司開發的混合動力火箭發動機由石蠟基燃料和液氧提供動力。

該發動機的設計使用比液體燃料系統更簡單的硬體,同時提供比嚴格的固體燃料發動機更大的安全性。

HyImpulse公司表示,9月15日的首次熱燃測試證實,石蠟/液態氧混合火箭發動機的性能與液態碳氫基燃料相當。

這一性能是利用比液體燃料火箭發動機更簡單的推進系統實現的,可靠性高,成本低。

火箭發射的安全性一直是一個難題。

目前,固體推進劑將燃料和氧化劑結合在一起,形成一種材料,一旦點燃,必須在有控制的情況下持續燃燒,否則火箭可能會爆炸。

史丹福大學教授Brian Cantwell提出了一種方法,開發一種混合推進系統,將燃料以固體的形式儲存,氧化劑以液體的形式儲存,這樣如果發生發射問題,火箭發動機可以減速以避免災難。

「我們的燃料是基於石蠟,這是人類所知的最古老的燃料之一,」Cantwell說。

混合動力火箭的概念並不新鮮。在1933年8月17日蘇聯的第一次火箭發射中,一組科學家測試了一種小型混合發射裝置,該裝置基於液氧和一種凝膠形式的汽油。

火箭達到了400米,但不能擴大規模,該小組繼續開發大型液體火箭,最終用於發射Sputnik。

20年前,當時還在坎特韋爾讀博士的Arif Karabeyoglu取得了進展,他發現石蠟燃燒的速度足以釋放出發射大型火箭所需的巨大推力。

從那以後,Cantwell的實驗室和世界各地的其他人一直在開發石蠟基混合動力火箭發動機。

從概念上講,Cantwell的混合動力發動機可以被比作一根空心的大蜡燭,而燈芯通常是中空的。

一旦氧化劑被噴入內核並點燃,一層薄薄的石蠟就會沿著內核表面融化,釋放出快速燃燒的液滴波。關掉氧化劑流,蠟燭就滅了。

在NASA的艾姆斯實驗室,科學家開發並測試了石蠟混合燃料原型火箭,「Peregrine火箭」。

該火箭高35英尺,直徑約2英尺,產生約15000磅的推力。

Cantwell說,NASA正在考慮從火星發射混合動力火箭,部分原因是石蠟比固體燃料更容易經受溫度波動。

他解釋說,火星上的溫度晚上可能低至零下100華氏度,白天則飆升至20華氏度。

在這種極端情況下,固體推進劑往往會產生裂縫,從而導致發動機燃燒不均勻並發生爆炸。

設計人員可以通過隔熱層使固體火箭與這些氣溫變化絕緣,但這會增加重量,這些額外的重量本可以用於更多的科學研究。

Cantwell說,石蠟不太容易受到溫度波動的影響,使得混合動力系統更輕更安全。

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