星艦發動機再次升級,推力高達280噸,將助力星艦成「萬噸巨箭」

2024-08-03     科普大世界

馬斯克SpaceX公司研製的星艦是人類迄今為止規模和推力最大的火箭,但這款火箭還沒有服役,因為試飛階段還沒有結束,還沒有將任何有效載荷升入太空,然而據最新消息顯示,它所用的「猛禽發動機」已經升級到第三代,並且製造出廠了!

8月2日,SpaceX公司公布了剛製造出來的猛禽V3發動機(Raptor V3),這也是這款發動機的首次整體亮相,其造型看上去非常簡潔,上面布置的管線已經減少到僅剩幾根管子,但是發動機的推力卻已經上升到280噸,超過了貝佐斯藍色起源公司研製的 be-4發動機(海平面推力240噸),是當今世界上推力最強的液氧甲烷發動機。

猛禽發動機是馬斯克SpaceX公司專為星艦打造的全流量分級燃燒循環發動機,研發立項於2012年,以液氧甲烷為推進劑,採用了全流動燃氣發生器循環技術,相較於傳統火箭發動機,這個模式能使燃料與氧化劑在燃燒前得以充分氣化,進而強化了燃燒效果與發動機性能,可以顯著提升效率與推力。

雖然從立項啟動至今才不過12年,從第一台研製出來到第三代升級完成,也只經歷了短短的4年時間,首次在火箭上使用至今也才一年多,但猛禽發動機已經進行了兩次疊代。

從第一代的250個大氣壓(燃燒室壓)、185噸推力,到第二代的300個大氣壓230噸推力,再到第三代的360多個大氣壓、269噸推力。猛禽發動機不斷刷新記錄,充分展示了SpaceX在推進液氧甲烷發動機技術領域的深度探索與持續優化能力。

猛禽V3發動機的首次點火試驗其實早在去年5月12日就進行過了,當時SpaceX公司官方以及馬斯克推特都表示猛禽發動機的3.0版進行了首次熱試車,試驗中燃燒室熱值達到了有史以來火箭發動機的最高值,燃燒室壓力達到了約345.5個大氣壓,發動機推力達到了269噸,試驗中持續穩定工作了45秒。

而如今公布的該型發動機的推力是達到了280噸,說明它在技術上又有了進步。如此強勁的推力,不單是液氧甲烷發動機中的佼佼者,也超過了世界上絕大多數的火箭發動機的推力值。

我國正在研製的長征十號運載火箭將要使用的YF-100K液氧煤油發動機的推力大致為130噸,還不到猛禽V3發動機的一半兒。而我國長征九號超重型火箭使用的發動機將是和猛禽發動機同等級的液氧甲烷和液氧煤油發動機。

單從推力上看,這又是一個相當大的進步,猛禽第二代發動機的推力為230噸,星艦首次試飛就使用了這種發動機,直接拋棄了一代猛禽發動機,也可見其在發動機技術追求上的決心。

如今猛禽發動機的疊代又使推力在第2代的基礎上增加了50噸,增加幅度高達21.7%,著實讓人驚訝。

通常火箭發動機推力主要通過提升燃燒室壓力來實現。第一代猛禽發動機剛研製出來時,燃燒室壓力為250個大氣壓,發動機推力為185噸,相對於世界上其他火箭發動機來說已經是一個了不起的成就了。

而如今通過兩次疊代,燃燒室壓力達到了370個大氣壓,推力暴漲到280噸,比第一代增加了95噸,推力提升幅度高達51.3%,史上還沒有哪一款火箭發動機做到過這些。

星艦這款超級火箭的一級助推器安裝了33台發動機,在使用二代猛禽發動機的時候,其推力高達7590噸。如果星艦33台發動機都換成猛禽V3發動機,那麼星艦的一級助推器總推力將高達9240噸,距離1萬噸的推力已經不遠了,相當於可以將一艘驅逐艦推到半空中。

而且馬斯克還表示星艦的升級版本其一級助推器發動機台數還會增加,很快就會增加到35台,屆時其一級總推力將達到9800噸,是美國阿波羅登月所使用的土星5號超重型火箭推力的3倍,美國航空航天局SLS太空發射系統推力的2.6倍,蘇聯N1火箭推力的2.2倍,蘇聯能源號火箭推力的3倍。堪稱是世界首款「萬噸巨箭」了。

和我國當前最大的運載火箭長征五號相比(推力1062噸),新一代星艦的推力要超過9發「胖五」,我國正在研製的長征九號2023年版本的設計推力為6118噸,只有星艦推力的62.4%,可見差距還是很明顯的。

但前面所講的發動機推力還只是它的海平面版本使用時的推力,真空版推力則更大,第二代猛禽發動機的真空板推力就比海平面板多了30噸,而去年第三代猛禽發動機測試時真空版推力可達304噸,如今其海平面板推力上升到280噸,比去年試驗時提升了11噸,如今它的真空板推力也提升了2噸,為306噸,推重比或可達215,在世界上所有的發動機中可謂是獨一檔的領先。

那麼280噸就是猛禽發動機的推力巔峰了嗎?其實馬斯克表示猛禽發動機還會繼續升級,目前已知至少會升級到四代,也就是說這款發動機將來還會升級,第四代猛禽發動機海平面推力應該在300噸以上,真空版推力應該在330噸以上,星艦助推器的總推力將超過1萬噸。

從猛禽發動機的歷次升級也能看出,它首先是大幅度提升了燃燒室室壓,使得發動機擁有了更強的推力,其他方面的改進是將多個零部件整合為一個部件,這樣可以減少發動機贅餘部件,比如第二到第三代的升級就是將發動機總重量減少了100多公斤,推動比則進一步提升。

另外一個較大的改進是將矢量控制裝置由第二代的液壓驅動裝置升級成了電驅動裝置,使得發動機的安全和穩定性更強了。

星艦其實是一款在發動機使用上非常簡略的火箭,它的上下兩級都只使用了「猛禽」這一種發動機,使用液氧甲烷做燃料,燃燒後生成水和二氧化碳,這使得它的燃燒室中基本不會結焦積碳,所以可以重複使用,每台發動機的復用次數都可達20次以上,那麼星艦也將可以多次使用,新的猛禽發動機也將助力星艦都是在開創新的航天時代。

不但是司機,建築工也要淘汰了,智能化時代您的工作還能幹多久?

韋伯望遠鏡助我國科學家發現宇宙第一代恆星,它們是如何形成的?

明年開工!我國將建全球首座釷基熔鹽堆!小型堆可用到航空母艦上

美國欲造潛水航母,水下空中皆能作戰,或成未來戰爭的顛覆性力量

全球首例!邯鄲發現一例極罕見新血型,美國鑑定後收錄並全球發布

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-sg/52a468b9b4e070bf4100a4d3557ba80b.html