火箭以什么为燃料最初燃料是什么?


美国从去工业化时开始了美元资本在全球收割韮菜,它从根本上就控制住全球经济命脉!美联储及其背后的集团才是美国的主人,美国的人民也要受其宰割,但是美国的人民福利只是美联储作出的一小部分利益让步罢了。
美国自己能生产一流航天发动机,为什么还要买俄罗斯的?
美国虽然说飞机发动机在寿命上比俄罗斯强,但各类发动机的推动力和载重不如俄罗斯的空中飞行器发动机强。
在前苏联时期,美苏就开始了空中领域争先争霸,开始是美国在前,苏联紧赶。到了八十年代苏联在火箭、卫星、导弹的制造水平已超越了美国。特别是苏联研制出液体火箭发动机RD一180型号的发动机,使美国感到非常震惊。美国自己怎么也搞不出来该动力巨大的火箭发动机,并且因为发动机的问题,美国还发生了发射事故,造成十来名宇航员遇难。正当美国人发愁火箭发动机的问题时,苏联解体了。于是他们趁机与俄罗斯谈和,一次性购买了俄罗斯100多台RD一180液体火箭发动机,填补了他们这项空白。
至如今RD一180火箭发动机,被俄罗斯已经升级改造成固体燃料发动机。哪么美国现在为啥还用俄罗斯的RD一180发动机呢?这是因为美国至如今还未生产出更好能代替该发动机的产品,再一个原因是发动机与火箭体已经契合,美国不想再换发动机发射火箭,因为那样还得做试验,获取火箭的各种技术参数。所以美国目前还依赖着俄罗斯的RD一180发动机研制各类火箭。
美国国会虽然一直声称今后将不再大量进口俄制RD-180火箭发动机,打算采购本国生产的火箭发动机替代,但是从现如今的局势来看——也就只是说说罢了,真的完全替换的可能性为零。
为什么这么说呢?首先说说这枚使用俄制发动机的宇宙神5运载火箭吧,宇宙神5运载火箭是美国联合发射联盟背后的洛马公司基于洲际导弹衍生而来的一枚中型运载火箭,在此前装备服役的21年内,主要承担洛马公司专为美国军方研制的各种军用卫星发射任务,而且其发射可靠性也是相当高的,在过去21年的装备服役期内累计发射次数超过80次,只有一次因为机载计算机故障发射失败过,所以宇宙神5运载火箭在美国军方眼中还是相当重要的,毕竟宇宙神5运载火箭除了能够完美的承担美国军方各种军用侦察、通信卫星发射任务外,相比联合发射联盟旗下的波音的德尔塔4重型运载火箭而言,宇宙神5运载火箭发射成本更低,所以非常符合美国军方的航天器发射需求。
但是这枚运载火箭一直有一个令美国国会缔固的问题就是其芯一级装备的核心发动机是一台俄制RD180液氧煤油火箭发动机,由于该发动机需要从俄罗斯进口使用,所以美国国会一直想要将其替换掉,并且早在2014年美国会就批量了停止进口该发动机的法案,但是没隔几年库存用完了又恢复了进口。
而美国离不开RD180的原因其实也很简单,因为RD180液氧煤油火箭发动机就是俄罗斯基于世界上推力最强的RD170液氧煤油发动机基础上缩减了两个喷管和涡轮泵后研制而来的缩减版本,但是这款液氧煤油发动机就算缩减后最大推力也高达408吨,所以对于宇宙神5运载火箭而言,芯一级只需要装备一台RD-180即可满足起飞需求。但是对于美国而言,因为其航天发展历程中对于更偏向于性能更先进的氢氧火箭发动机,在发射成本更低的液氧煤油发动机上一直落后于俄罗斯,所以短期内想要在美国国内寻找到一台推力合适、并且发射成本相当液体火箭发动机还是很难的。
所以对于美国而言为什么离不开RD-180火箭发动机?一个是因为美国国内现阶段根本没有合适的替代型号可用,如果全新研制的话研发成本非常高,而且时间上也会推迟很多年,在性价比上反而不如直接进口的RD-180合适,所以这是迟迟没有真的停止进口的原因所在;其次就算美军有同类型的火箭发动机用来替代,对于可靠性要求非常高的运载火箭而言,火箭核心的发动机别说是替换了,就是略微修改一下参数也是“牵一发而动全身”,比如火箭发动机的推力、比冲、燃料混合比例等任何一个参数发生修改的话,整枚运载火箭的起飞点火时间、点火时长、火箭的颤振率等都会发生改变,那么火箭就需要从新开始进行各种测试,整个过程不亚于全新研制一枚运载火箭,所以这背后的经济成本和时间成本也是美国迟迟不敢停止进口RD-180的核心原因之一。
再一个鉴于某些军用间谍卫星的特殊性,美国军方在选择火箭的时候并不会注重发射成本而去选择那些商业航天发射公司,依然会选择自家更安全可靠的宇宙神5或者德尔塔4重型火箭,所以只要美国军方对宇宙神5运载火箭一直有发射需求,那么RD180就不可能真的断货,更别提花高价全新研制一款合适的国内替代型号了,除非美国真的狠下心来全面退役宇宙神5运载火箭,全新研制一款新的运载火箭,到那个时候RD180完全停止进口的可能性才会发生。
上个世纪六七十年代,美苏进行了激烈的太空竞争,耗资巨大,不仅苏联承受不了,连美国也颇感压力。可重复使用航天器成为降低成本的一条重要途径。于是开始搞航天飞机。当时主流的发动机方向主要有两种,一种是低温发动机,也就是氢氧发动机,它的性能最好,比冲最高,但技术难度高,成本高。另一种是液氧煤油发动机。液氧煤油发动机技术性能稍微差一些,难度小,成本低,用在一次性火箭上很好,但它有一个致命的缺陷,就是容易积炭,不利于多次使用。所以美国人选择了低温发动机,基本放弃了液氧煤油发动机的研制,也就是航天飞机使用的RS25发动机,它的性能即便是现在看,也是世界上最先进的。前苏联因为技术水平差,低温发动机技术始终没有突破,所以重点放在液氧煤油发动机的改进上,所以单从液氧煤油发动机的技术水平上讲,前苏联确实优于美国。然而事实证明,航天飞机并不是一个省钱的东西,而且安全性差,在挑战的事故之后,美国人放弃了航天飞机,重新搞一次性火箭,虽然有氢氧发动机可以使用,但为了降低成本,美国人开始重新选择了液氧煤油发动机,但当时美国国内又没有合适的发动机,只好和俄罗斯合作,用美国的技术改进前苏联的液氧煤油发动机,这就是广泛使用的180发动机,应该说这款发动机的可靠性和技术水平还是不错的,但生产主要在俄罗斯,美国人不得不进口。太空叉兴起以后,马斯科另辟蹊径,在nasa一款,小型液氧煤油发动机的基础上不断改进,搞出了梅林发动机,尽管它是一款小型发动机,推力不大,我觉得从技术水平上讲,梅林已经超过了俄罗斯的液氧煤油发动机,猎鹰9的成功就是最好的见证。当然无论是氢氧发动机还是液氧煤油发动机都有明显的缺点,未来将是猛禽这一类甲烷发动机的天下。
各取所需
第一,俄罗斯的发动机又好又便宜,当年苏联刚解体俄罗斯穷困潦倒,自然开价不高,1000万一台对美国来说白捡一样。美国自己的虽然好但未必便宜,美国那几个火箭承包商同时也是军工巨头,通过多年的兼并联合当时只剩下ULA一家垄断,哪还有便宜的东西,买俄罗斯发动机的就是大名鼎鼎的洛克希德·马丁,低价买入的俄罗斯发动机装在自己的宇宙神5火箭上再高价卖给美军和美航局。
第二,美国给俄罗斯航天输血也有控制俄罗斯航天技术外流的目的,人穷的时候什么东西都能卖,这是美国不愿意看到的。
某度百科关于rd180的词条
“1997年,俄罗斯动力机械科研生产联合体与美国签订合作协议,要求2018年底,共向美国交付101台RD-180火箭发动机[2]。
到2013年后期,动力机械科研生产联合体已向美国供应了70多台RD-180火箭发动机,每台价值1000万美元,据评估,其盈利已达到该企业收益的三分之一强。考虑到向本国市场供应发动机几乎没有任何利润,RD-180项目使该企业免于破产的威胁。”
俄罗斯自己也心知肚明,图1,这是俄罗斯官媒的报道,说话的这位是rd180的用户ULA的老总,经常跟俄罗斯航天高层在社交媒体上互动。俄媒这种新闻不是白发的,每次美国制裁俄罗斯,俄媒就会爆出”要跟别国合作”的消息来提醒美国,比如中俄rd180发动机合作、中俄空间站合作、中俄月球科考站合作,多数是没下文的。
再举一个例子
印度和俄罗斯那是连主战坦克、航母、核潜艇、五代机都可以卖的关系,印度要买俄罗斯航天发动机,美国一出手俄罗斯也就不卖了。印度尚且如此,其他国家想都不用想了。
当然,卖给美国对俄罗斯来说总比卖其他国家好,美国一次性买100多台成品不要技术转让而且还派出技术团队帮着完善,其他国家根本不可能吃下这个量,印度要求rd56技术转让,中国当年弄了三台rd120拿回来就拆。就算哪天美国不要了再来卖别人一样吃得开。
美国不用俄罗斯发动机就没得用了?
在美国使用俄罗斯发动机这十来年时间里,世界上运载能力最强的火箭是美国的德尔塔4h,用的美国自己的rs68a发动机,今年底要发射的SLS超重型火箭就是直接把当年的封存的rs25和SRB拿出来用,最强氢氧机和最强固推的组合。
现在rd180还有25次发射的库存,替代rd180的be4就已经交付,不日将进行首次发射。
首先先说下,W君一直是不吹不黑的这个Flag得立着。
现在才能开始说美国的航天发动机(火箭发动机)技术。相对客观的来说,美国的火箭发动机技术一直并不是一流的。
这时候就一定有人站出来说美国不是利用人类推力的火箭土星五号把阿波罗登月舱送到月球吗???
是不是大看到美国+航天发动机就会想到土星五号呢?这是一般人的想法,甚至还有一些自媒体说土星五号的图纸都被销毁美国再也造不出土星五号了。这些其实都是谣言,美国所有的技术图纸没有任何销毁掉的,即便是纸面图纸被销毁了,他们也会存储微缩胶片——销毁纸面图纸的原因就是为了省地方。
先说下很多人特别关注的美国土星五号的发动机,这是一种煤油-液氧发动机。
在这个发动机边上大家可以看到一个管子连接着一个看着挺复杂的机构。W君给大伙一张大的剖面图:
这是F-1火箭发动机的基本结构,边上的这个管子是利用火箭的高温高压燃气来带动一个涡轮泵,利用涡轮泵将煤油和液氧从燃料箱内抽取并加压送到火箭发动机的燃烧室内。
大家再注意一下,这个管子还是一个开放式结构的。美国在当时是没有技术来处理涡轮泵用过的燃气,只能让这些燃气逃逸。这就造成了火箭燃料的大幅度浪费。这种燃气的循环方式叫做“燃气发生器循环”是一种开式样循环的设计方式
因此F-1发动机的比冲只有260秒(仔细看第一张F-1发动机的图大家就会看到这个数字)。
F-1发动机虽然力量大,但是比冲低,并不算是一个先进的发动机。
而到了美国的航天飞机,的火箭发动机就是为了解决F-1开式循环燃料利用率低的一个方案,但是美国的航天飞机也还是开式样循环,只不过改了燃料。
航天飞机在起飞的时候有5个火箭发动机在工作,分别是位于橙色燃料箱外面的两个固体火箭发动机和位于航天飞机尾部的三个氢氧火箭发动机(RS-25)
拜氢氧燃料所赐,这台RS-25发动机有着336秒的比冲。如果从高空开机则比冲可以达到452.3秒。话说大家对航天飞机的最深刻印象是啥?
是不是它巨大的橙色燃料箱?这里面有这个燃料箱长度为47米直径达到了8.4米,内部装有559立方米的液氧和1515立方米的液氢虽然连着燃料管总体重量没有土星五号的3000吨那么夸张,但也到达了惊人的760吨重了——这只是这枚橙色的燃料罐重量。为啥要做得这么大?
RS-25发动机用的是更原始的双膨胀循环发动机,利用低温下的液氢和液氧进入高温环境后自身的膨胀来取代了F-1发动机那种需要“涡轮增压”的加压方式。
但这件事并不成熟,其一是液氢成本高昂,其二是安全性差。
美国的航天飞机会因为火箭的故障爆炸哦……
美国的哥伦比亚号和挑战者号航天飞机其实都是因为不可靠的氢氧发动机而爆炸的。无论是密封圈问题还是燃料罐击穿,其中统一的罪魁祸首都是一个——高压的液氢。
RS-25发动机后期也有改进,衍生出了RS-68发动机。RS-68依旧保持着世界上推力最大的氢氧发动机的地位。
但这种发动机连美国人自己用都觉得含糊。美国计划把这台发动机用在战神火箭上,但是这个是一个计划而已,看中的则是RS-68B火箭发动机单台不到2000万美元的成本。
但是如果想真正地用在战神火箭上,RS-68发动机还欠缺200多次地面测试。简单地说这个发动机理论上是行的,只不过理论到实践上还差200次点火试验,每次烧掉一个发动机就是2000万美元,200次呢?大约烧掉火箭发动机的费用就有40亿美元了。
这就是美国最先进的火箭的现状,说到俄罗斯,人家的最先进的RD-180发动机价格多少钱呢?只有区区990万美元一台。
而且RD-180的设计是双燃烧室双喷嘴,一台顶上美国液氢发动机两台。
只要会算账的人就能理解为啥美国人自己不用自己的火箭发动机了,更何况,RD-180系列的发动机是用分段压缩循环的设计,特别节省燃料。光用煤油比冲可以达到338秒,对比下大家神话的土星5号的260秒,还会觉得美国有一流的航天发动机吗?不存在的!
美国作为世界上最富有、最发达的国家,一直以来都给人一种非常强大的感觉,甚至国际上出现一些高科技武器或者产品,大家都会认为是美国研制出来的,虽然这也算是一种刻板印象,但这也说明了美国在武器以及科技领域的号召力。
但为何美国在能够生产一流航天发动机的当下,还会去俄罗斯进口航天发动机呢?
虽然美国有能力生产出高端发动机,但并不意味着所有型号的航天发动机都可以生产出来,用中国的俗话讲就是“术业有专攻”,甚至在面对一些火箭发动机的需求上,美国还是非常依赖俄罗斯的,所以才会从俄罗斯手中大量进口高端的航天发动机。
这里还要吐槽一下美国的大推力航天发动机,虽然美国用着非常强大的技术成熟度,但在稳定性方面还是存在非常大的问题,这一点在美国发射多枚火箭在升空期间爆炸就可以看出,美国在这方面还是存在着一定的问题,而反观俄罗斯就不存在这种问题,或者说这种问题非常的少见。
虽然美国对于俄罗斯的航天发动机需求有增无减,但由于经常做出挑衅的行为,这也让俄罗斯对美国关于航天发动机的出口进行了减少,甚至还发生过停止供应的情况,虽然没有了美国这个买家,但俄罗斯近期与中国航天的紧密联系,也可以看出俄罗斯已经准备放弃美国市场,转而与中国进行合作。
别看美国有着完善军工体系以及科技能力加持,但美国一直以来的利己主义,让其变成了一个更加喜欢制造并生产利润价值更高的军工武器产品,甚至连高附加值的子弹都是美国更加热衷研究的物品,而对于航天发动机的研究则没有那么上心。
这也导致了美国既想要开通太空站的桥梁,又不得不依靠俄罗斯的窘境,但从目前的国际局势来看,美国想要自行研制更加稳定的发动机或者零部件,还需要很多年才能赶超俄罗斯,但美国与俄罗斯目前正在抓紧构造太空战的基础设备,所以留给美国的时间已经不多了,更没有太多的时间去加以研究。
虽然美元霸权让美国得到了先天的金融优势,让美国可以更加随心所欲的进行工业化生产,并将这些工业产品转卖给朋友以及伙伴国,但对于俄罗斯而言,他们自己的优势也是非常明显的,所以并不需要依附美国,甚至在中国的崛起之后,俄罗斯无论是工业生态还是进出口贸易都得到了较大的帮助,这也势必会影响到俄罗斯对于航天发动机未来发展的计划。
而很多人都不理解为何美国已经掌握了某种航天发动机的技术,又要进口俄罗斯的发动机设备呢?其实原因很简单,这就像美国可以制造出各种有趣的玩具以及各种优质的衣服,但为何还要进口中国的商品呢?其原因就是因为中国的商品性价比更高,相较于美国的商品更便宜。
而这一特点其实也可以套用在发动机身上,虽然有能力制造一些特定型号的发动机,但自己国家制造的话可能造价更高,而反观俄罗斯的发动机质量更好,而且价格更便宜,这也让美国可以直接花钱就能买到设备,而且还可以研究俄罗斯的制造方法,两全其美。
虽然美国不想承认,但可以肯定的是俄罗斯的航天发动机质量更好,而且研制的思路更加的优秀,作为俄罗斯经典的双燃烧室火箭发动机,推进剂采用的是煤油和液氧,但其真空推力可以达到400吨,这一特点可以是已经不止甩了美国两条街,而且这种火箭的稳定性极强,甚至在美国发射了那么俄罗斯火箭以来,只出现过一次故障,这也已经说明了问题,这也是为何美国人更加信赖俄罗斯火箭发动机的原因。
虽然有很多人都说美国拥有强大的航天实力,但从现实角度来看,俄罗斯在这方面已经超过了美国,甚至可以说美国能够打造出如此庞大的星际帝国,如果没有俄罗斯的帮助,根本没有办法完成。
第一,不是美国不买,而是俄罗斯不卖了。第二,如果美国生产的航天发动机属于一流,那成本就属于超一流。而俄罗斯发动机的性能就是超一流,但价格确是二流。傻子都只能买还是自己生产。
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这就是美国的精明生意经。
RD180火箭发动机是由俄罗斯研制生产的一款双燃烧室双喷嘴的火箭发动机。该发动机由RD170系列衍生而来,采用共享涡轮泵。RD180火箭发动机的生产全部由俄罗斯完成,而负责出售的是发动机生产商动力机械科研生产联合体和美国普惠公司共同完成。
美国为什么要这样做呢?当然是RD180太出色了,推力大,安全可靠,而且价格便宜,一台发动机只需要1,000万美元。美国一看太有利可图了,美国就和俄罗斯达成了长期协议。这样做美国最少是省钱的,如果美国自己研制生产这种大推力火箭发动机,成本很可能在几倍以上。有便宜产品完全满足要求,美国何乐而不为呢?
RD180火箭发动机是俄罗斯推向国际市场上的拳头产品,俄罗斯很愿意出售。想想当年韩国也想发展火箭能力,也买了俄罗斯的火箭发动机。只不过由于韩国的罗老号火箭出现了很多问题,基本以失败告终,现在好像不怎么提韩国火箭的事了。俄罗斯是很想纳入美国体系中的,有产品卖给美国,俄罗斯是很乐意的。当然现在正是美国对俄罗斯全面打压的时候,这让俄罗斯热情有所降低。
有句俗语不是说吗?造不如买,买不如租。但这是有前提的,那就是自己也能造,不被别人卡脖子才能那么做。如果把买和造成了别人的筹码,那就出问题了。在这种情况下造不如买,买不如租是不成立的,那就成了租不如买,买不如造了。所以任何事情都不是绝对的,主动权永远把握在自己手里,那才是绝对的实力。所以我们现在正大力发展芯片产业,其实很多方面美国就是我们的榜样,当然也有教训。
梁老师说事为您回答这个问题。
因为俄国发动机更厉害。
目前世界上最牛的火箭发动机,就是俄国继承至苏联的RD—170发动机。
那么想要把题主这个问题回答清楚,最好先了解一下什么是火箭发动机,有这个知识点打底,很多东西说起来就容易理解了。
话说航天飞行的运载火箭,算是上个世纪人类历史上最伟大的成就之一。
而开创这一历史的就是苏联人,他们在1957年十月四号的时候,使用SS—6洲际导弹改装的运载火箭,第一次将人类历史上第一颗人造卫星给送到了近地轨道上。
在这之后美国,法国,甚至是日本也相继开始发展运载火箭,这件事发展到现在,各种型号的火箭多了去了。
那么火箭这种大杀器,他的核心就是火箭发动机。
问题来了,什么叫火箭发动机?
按照定义上来说,一款发动机自身就携带推进剂,在整个工作的过程中不依赖外界空气的喷气发动机,就是火箭发动机。
所以火箭发动机是喷气发动机中的一种。
火箭发动机发展到现在,出现了很多类别,什么化学火箭发动机,特种火箭发动机等等。
其中化学火箭发动机,算是发展的一个主流,技术相对来说是比较成熟的。
怎么说呢?在所有火箭发动机中,化学火箭发动机相对来说比较简单。
这种发动机是将推进剂做为能源和工质来使用的。
首先推进剂在燃烧室内燃烧放热,在这个过程中化学能转化为热能,从而产生高温燃气,这股燃气最后通过喷管膨胀加速,这股燃气所产生的热能,就转化为气流动能,最终以极高的速度喷出,让飞行器获得推动力的。
那么在化学火箭发动机中,又被分为三个大类,分别是:液体火箭发动机,固体火箭发动机,以及混合火箭发动机。
这三种火箭发动机,各有优点。
其中液体火箭发动机的比冲比较高,工作的时间是最长的,而且可以进行多次反复的启动,在随后的推力调节和方向的把控上非常的简单。
当然了,有优点必然就会有缺点,随着而来的缺点就是结构比较复杂,制作出来的推进剂是不能够进行长期保存的。
固体火箭发动机和液体火箭发动机的优缺点正好是相对的。
固体火箭发动机的比冲比较低,工作的时间短,不能进行多次启动,推力调节和就把控方向运作起来很困难。
至于优点,对比液体火箭发动机猜也能猜得出来了,结构简单,所以工作起来非常的可靠。
所以根据这两种火箭发动机的优缺点,如今他们在使用中,也有了分类,比如液体火箭发动机通常被用在航天事业上了,什么运载火箭,载入航天器等等。而固体火箭发动机通常就被用在了各种军事用途的导弹上了。
那么介于液体火箭和固体火箭都有各自的优缺点,所以很多科学家就在考虑可不可以制作一种固液混合的火箭发动机,将两种火箭发动机的优点给集中起来。
这就促进了混合火箭发动机的出现。
但相比较而言,混合火箭发动机出现的时间比较晚,所以技术上不算太过成熟。
那么这三种火箭发动机,相对最为成熟的就是液体火箭发动机,而目前俄罗斯最好的RD—170发动机就是一款液体发动机。
这么说吧,RD—170火箭发动机是有史以来,人类研发出来推力最大的多燃烧室液体火箭发动机。
RD—170可以做到在海平面上有着七百四十吨的最大推力。
过去能和RD—170火箭发动机比肩的是美国的F—1火箭发动机,但F—1火箭发动机也只能屈居第二。
因为RD—170比F—1重16.8%,在海平面上的最大推力多出8.8%,真空对冲更是高出了11.2%。
如果从燃烧室的压力对比来看,F—1只能望其项背了,因为RD—170的燃烧室的室压是F—1的三点五倍。
那么RD—170之所以能够有如此出色的表现,这完全归功于苏联在1970年的时候,研发的两款大推力火箭项目,一个是天顶号火箭,另一个是能源号火箭。
而天顶号火箭更是苏联技术含量最高的的一枚火箭。
高在哪里呢?说两个最不起眼的能力,如果天顶号火箭因为特殊原因,取消了任务,那么要把火箭从发射台上取下来,都不用手动操作。
再有就是天顶火箭的发射台根本没有在发射过程中,会被燃烧的设备。所以当第一枚天顶号火箭被发射出去之后,只需要五个小时后,第二枚火箭就就可以推上发射台进行第二次发射。
其他型号的火箭可不具备这个功能。
那么这么一款优秀的火箭,搭配的火箭发动机能差了吗?不能够啊!所以当时苏联就下大力气开始研发RD—170发动机。
RD—170发动机的改进版RD—171就被安装在了天顶号火箭上了,而原本的RD—170就被装在了能源号火箭上了。
这两款发动机其实是差不多的,仅仅是伺服机构不同,其他都一样。
所以这两款发动机算是同一款的。
很简单,RD—170火箭发动机有四个燃烧室,一台涡轮泵和两个预燃室。
整个涡轮系统中,不仅涡轮泵是单级的,还包括了一台氧化剂泵,一条两级燃料泵。
而这条涡轮系统被对接到了低压燃料泵和氧化剂泵上,顺道还能给推进剂来个增压服务。
当然这么说比较枯燥,毕竟都是一些专业上的东西,听得不会太明白,说一组数据,就能体会出来这套涡轮系统的优点。
RD—170火箭发动机的涡轮泵对外输出的马力有二十五万七千,这个数据换算成功率的话,大概有一百九十二兆瓦。
那么这个一百九十二兆瓦又是一个什么概念呢?
比如说一艘核动力的破冰船,叫亚马尔,给这首船提供动力的是两座核反应堆,这两座核反应堆对外输出的功率也就五十五点三兆瓦。
所以一台RD—170火箭发动机,是破冰船上两座核反应堆输出功率的三点四七倍。
也就是说一台优秀的火箭发动机,他的核心其实就是涡轮泵。
那么这么个重要的东西,其实早在上个世纪六十年代的时候,美国也发现了。
只不过双方,在涡轮泵这个领域中走的方向不同,最终证明苏联走的路是最为正确的一条路。
最终表现出来的就是美国F—1发动机败给了RD—170发动机。
话说道这里,必须说明一下,RD—170相比F—1有一个缺点,这个缺点从外边是能看出来的,RD—17O发动机有四个喷管,而F—1发动机只有一个大喷管。
F—1发动机之所以能够有这么大的变化,主要原因是美国在三年的时间里做了两千多次试验,当然了试验次数到是其次,最有意思的是,美国人在这些试验中,将炸药放到了燃烧室内进行试验。
那么这种试验,就会人为地制造出燃烧的不稳定。从而让美国人了解并掌握了燃烧的一些规律,他们通过这些规律,最终就搞出了一个喷管的F—1火箭发动机。
所以四个喷管和一个喷管的最大区别就是燃烧不稳定的解决程度,苏联相对来说这方面的经验积累是比较少的,他们就只能用四个喷管来稳定这种燃烧的不稳定。
当然这个世界很公平,有得必有失吗?反过来也一样有失必有得。
采用四个喷管,让苏联人解决了多喷管启动不同步,大小不一致的问题,最终摸索出了管路内对燃料阻滞效应问题。
说道这里,必须说一句,技术这种东西其实大多数是需要时间的积累,和最初方向的选择,谁第一步跨进去,一般情况下都会在这个领域保持领先的水平。
比如当年美国人专注电子计算机领域,而苏联专注二极管领域,结果就出现了苏联做出来的东西有点傻大黑粗的感觉。
RD—170火箭发动机和F—1火箭发动机,都是使用液氧煤油作为燃料的火箭发动机。
但造出来的RD—170火箭发动机比F—1火箭发动机的燃烧室抗压能力提高了三点五倍。
这里边的原因说起来,都有点搞笑。
怎么回事呢?原来在上个世纪六七十年代的时候,美国人在燃烧室的研究中,接二连三地得到了一个血的教训,燃烧室的压力太大的话,煤油这种东西,就特别的容易在燃烧室内壁上结焦,而且这种情况是不可逆转的。
结焦的情况严重的话,就会发生喷管损毁甚至会让发动机发生爆炸。
既然有了惨痛的教训,于是美国人就在压力室这块规定了一个铁的规矩,压力室的压力不得超过七兆帕。
那么这个规矩最终就被引入到了F—1发动机上了。
而苏联人相对来说就没有这个规定,难道是苏联人不怕结焦,不怕发动机爆炸吗?那倒不是,因为苏联是一个产油国,他的石油天然气的储量相当的大,而且这些油气资源有一个特点,放置在燃烧室里燃烧,很少出现结焦的现象。
之所以会出现这种现象,主要因为苏联人使用的煤油杂质少,含硫量特别的低。
而美国使用的煤油含硫量是苏联的二点五倍,这差距就大很多了。
当美国人发现他们的结焦问题居然是因为使用了不合格的煤油,哪已经是很多年之后的事情了,而这个时候美国已经放弃了高燃烧室压力液氧煤油火箭发动机,而是转头开始研发起了航天飞机主发动机去了。
而苏联使用的RD—170火箭发动机,截止到九十年代,苏联解体的时候,已经成功发射了六百一十八次,这一次次的发射证明了RD—170的可靠性。
这么一趟走下来,就明白了,苏联和美国几乎是同时开始开发液氧煤油火箭发动机的,但美国因为结焦问题,过早地放弃了这个领域,转而看重了液氢液氧火箭发动机。
后来美国人想要使用这种液氧煤油发动机,他们找到了一条新的路子,不是去做研发,而是通过购买来获得。
于是美国人的液氧煤油发动机,就一直搁置了下来。
苏联解体以后,惠普购买了RD—120液氧煤油发动机,美国航空喷气公司购买了NK—33液氧煤油发动机。
而RD—170一开始是被洛克希德.马丁公司给看上了,结果回头人家一琢磨,这火箭发动机的推力实在是太大了,大到他们想不到用在什么地方,于是购买了只有RD—170推力一半水准的RD—180。
既然买能够解决问题,为什么要研发呢?毕竟研发的过程很艰辛,时间周期少则五年,多了十几年都有,而且在这个过程中还不会有任何经济价值的产出。
美国人想得很到位,所以美国人想要用火箭发动机了,就会从俄国这里进口,便宜不说,还特别的好用,那么时间一长,必然会手生。
如今美国人他们到是想要研发新型发动机了。
于是在2014年的六月十六号的时候,美国人想要研发新型的碳氢燃料发动机用以替换RD—180发动机,甚至是他们的轨道科学公司也在考虑用固体级来替换心宿二火箭项目中使用的NK—33发动机了。
但美国人想要研发新型火箭发动机,不仅需要投入十二亿美元,还要等五年以上才会有结果的。
一说到这里,估计有人感觉十二亿美元研发一款新型发动机,貌似价格不是很贵的。
别想了,十二亿美元仅仅是前期投资,后续投资谁能知道有多少呢,毕竟科研的路上,看上去是一片坦途,可谁能知道,下一步迈进去的会不会是一个大坑呢?
而要爬上这个大坑,又需要多少时间?没人能回答这个问题的。
那么今天就到这了,喜欢的话,点个赞,再加个关注,方便以后常来坐坐。
是美国没有自己的火箭发动机技术吗?这么说也不对。因为美国的火箭型号众多,洲际导弹型号也不少,造火箭发动机,也是小菜一碟儿的事情。
航天飞机发射
那么,美国为什么还要掏出大量的真金白银,去购买俄罗斯的RD180发动机呢?
主要是三个原因。
第一,俄罗斯的这款RD180发动机,性能实在太出色,已经达到了技术的极致。
该发动机创造了一个记录,发射成功率百分之百,在全世界也是响当当的名号。上世纪90年代,美俄关系挺好,1996年,时任美国总统克林顿和俄罗斯总统叶利钦会面,共同敲定了俄罗斯向美国出口火箭发动机的方案,准备用于美国的宇宙神3火箭和后续火箭型号。
此后,俄罗斯的RD170,RD180,RD181火箭发动机,就开始源源不断向美国出口,直到最近乌克兰开打,美国为了制裁,才停止了进口。二十多年间,总计买走了数百台俄罗斯火箭发动机。
其实美国如果用心做,也不是做不出来RD180这样水平的火箭发动机,只是需要投入很多金钱和时间,金钱可能要数十亿,时间可能要十几年。既然有现成的,为什么不买?
有人可能要问,火箭发动机,就这么难造吗?
说简单也简单,火箭炮的炮弹用的火箭发动机,直接是固体燃料+喷口,找个小工厂,也能仿出来。说难,还真的挺难,造一款能发射卫星的大型液体燃料火箭发动机,最难的是部分是涡轮泵。涡轮泵是火箭发动机的心脏部件,能造好涡轮泵,火箭发动机才能造好。
找了个图,大家看一下。
液体火箭涡轮泵示意图
液体火箭发动机工作的时候,燃烧室内产生上百个气压的高压气体,那么,燃料自己是流不到燃烧室的,涡轮泵就要产生足够大的压力,把燃料和氧化剂泵进燃烧室。这是难点之一。
光泵进去,还不行。大型火箭用的火箭发动机,个头也很大。以RD180发动机为例,其宽度为3.15米,高度为3.56米。尾喷管里面可以轻松容纳一个成年男子站立。
RD180火箭发动机
而火箭发动机,在工作的时候,短短几分钟时间,就要从地面蹿到太空,涡轮泵还要负责把数百吨的燃料和氧化剂泵进燃烧室。平均每秒泵出的燃料和氧化剂,数量都超过一吨了。可见,火箭涡轮泵,还需要动力非常强劲。比如当年美国的土星5火箭用的F1发动机的涡轮泵,功率高达5.5万马力,足够驱动一艘轻型航母了。
F1火箭发动机
俄罗斯的RD170火箭发动机的涡轮泵,功率更是高达25万马力,足够驱动一艘十万吨级航母。
要保证这个涡轮泵,在如此极端的环境压力下,运行平稳,乖乖的把燃料和氧化剂泵出来,太难了。所以,一款火箭发动机,往往要经过大量的地面试车,反复调试,才能把涡轮泵给玩明白。
而要地面试车,那就要修建专用的地面试车台,这又是一个巨型建筑,硕大的钢筋水泥结构,把火箭发动机固定在里面,同时还要修建容量达到数百吨的燃料和氧化剂存储设施。
然后就是不断地点火测试。仅仅RD180发动机,在研制过程中就进行了20000秒以上的地面试验。大家可以想一下,光燃料费需要多少金钱?
在苏联时期,发展军工项目不计代价,以超级大国的实力来用心打造,才诞生了RD170这样的经典发动机。RD180其实是RD170的精简版本。
左RD180,右RD170
既然俄罗斯的火箭发动机技术如此好,那么直接拿来,何乐而不为?
第二,美国的研发成本,生产成本高昂。
研发一款火箭发动机的资金,美国缺吗?
研发一款火箭发动机的人才,美国缺吗?
都不缺。事实上,美国在60年代,就实现了登月壮举,土星5火箭更是人类迄今为止发射的最大火箭。
但是,美国搞的项目,都挺贵,特花钱。至于原因,你懂的。
比如,美国空军给KC10飞机上采购的咖啡壶,一个就要1280美元。
所以,美国在搞宇宙神火箭3的时候,如果开发相应的火箭发动机,就要花出一大笔钱,用于新型火箭发动机的研制和生产。而这款火箭,是用来发射商业卫星的,需要成本低廉。
宇宙神火箭
如果美国再从头开始走一遍这个研制之路,做一款类似的发动机,那么需要投入的是时间,金钱,和等待。再算一笔经济账,买一台RD180,1000万美元。自己研发制造,可能算下来平均3000万美元都不止。
比如,美国搞的B2隐身轰炸机,研发费用加上生产费用,算下来平均22亿美元一架,贵到美军自己也用不起的地步。
所以我们看美国做的选择题,选择购买方案,是很明智的。
第三,大国权谋的因素。
苏联解体之后,俄罗斯继承了苏联大部分的家当。而且,放弃了和美国为敌,搞冷战的政策。当时俄罗斯的叶利钦,是亲西方的。他的目标,就是以美国为蓝本,对俄罗斯进行改革。
而美国冷战之后玩的几样高科技,也就是民航机,芯片,互联网和几样了。
所以,苏联时代建立的自己的民航机工业陷入衰退,大批的波音和空客飞机,进入了俄罗斯的航空公司。
这都是俄罗斯需要花费硬通货才能换来的啊。
那么俄罗斯说,你们也买点我们高科技的东西吧。
可是,买啥呢?伏尔加汽车?拉达汽车?太旧了。战斗机?第一俄罗斯不卖,第二美国也有,质量更好。
于是,选来选去,RD170,RD180成为美国中意的俄罗斯商品,物美价廉,美国说,那我也买点呗!
其实小算盘划得很精明。美国卖一架波音飞机,就要1亿美元,而俄罗斯卖10个发动机,才能相抵。这么多年,美国卖了几百架飞机,而俄罗斯卖了几百个发动机,谁赚得多?
但是,向美国出口火箭发动机这个事情,最起码安抚了俄罗斯国内一部分人,让他们有了一定的自豪感。而出口火箭发动机,也成为俄罗斯向美国少有的输出技术产品的代表性例子。
写在最后,最近由于俄乌之战的影响,美国宣布不买俄罗斯的火箭发动机了。
那么,这一事件对于美国的航天事业,有多大的影响?
可以说,影响非常小。因为美国除了利用俄系发动机的宇宙神3,宇宙神5火箭之外,还有其他的很多火箭型号,比如德尔塔火箭系列,大力神火箭系列,更别说还有马斯克的猎鹰火箭。
猎鹰火箭
更何况,美国还有当年航天飞机的火箭发动机技术,这些都是成熟技术,拿出来就能用。组合一下,又能出几款新火箭。
所以说,买与不买,都是俄美之间的关系决定的。说不定过些年,两国又会延续火箭发动机的商业合同呢。
好了,就写到这里吧。
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