朱雀二号成功发射,创造历史,为什么全球开启甲烷燃料火箭?

老房爱空间站 2023-09-23 13:54:01
我国正在研制的长征十号和长征九号重型火箭未来都将使用甲烷燃料, 为什么甲烷燃料成为了航天发展的主要发展方向呢?

看来人类是摆脱不了化学燃料了,当然也有核动力的,但那个是在太空飞行使用的,不是作为火箭发射期间的动力来源。 核动力飞行器也是未来我国载人登陆火星的主要动力,目前也是在基础技术攻关阶段。

甲烷燃料火箭优势比较重要的有三个:

第一,更高的工作效率

火箭燃料的性能是通过一种称为比冲的特性来衡量的,它本质上是每单位燃料可以产生多少动量,在相同压力下燃烧,液氧甲烷的组合燃烧性能比液氧煤油提高约 5%,但是如果考虑到发动机设计更加优化的话,将可以把效率优势提高到20%。

效率上来了,成本就节省! 这是商业航天公司必须要考虑的首要因素,未来人类火箭发射进行太空活动,包括太空旅行来说就会更加便宜。 同时发射同等质量的载荷,火箭燃料比冲越高,升空所需的甲烷量越少,燃料箱就可以越小。发射前燃料的储存也更容易,火箭本身的燃料泵也更简单、更轻便。 相同的载荷发射到月球,就不会像土星五号,SLS火箭,包括航天飞机的发射, 都需要一个巨大的燃料桶了。

天鹊TQ-12

美国SLS火箭

同时甲烷还通过一种称为自生加压的过程在其储罐中自行加压,这就可以省去很多复杂而且繁重的加压系统。

第二,生产成本低而且更容易

生产甲烷的火箭燃料的过程要比提炼火箭煤油容易得多 。不是放屁那么简单哈。其实生物的屁里面倒是甲烷很多。前几天美国一个奶牛场爆炸,炸死1.8万头牛,据说是空气流通设备故障,导致牛放屁和粪便产生的甲烷等易燃气体浓度过高,遇到点火星就行爆燃了!

美国一个奶牛场疑似甲烷爆炸

航空燃油的生产本身就比较复杂了。更不用说航天燃油了。 并且航天燃油并不像航空燃油那么普遍,生产的量也不是很多,生产成本自然就高了。

甲烷燃料可以很容易地从工业级 LNG就是液化天然气中生产出来。具有广泛的工业基础和技术。 虽然刚开始用于火箭发射的甲烷燃料的相关航天发射设备设施需要从无到有投入,但是后期带来的利益要远远高于前期的投入。

并且航天燃料煤油会对发动机产生积碳,这就影响后期的可重复使用,如果未来想要重复使用多次的话,就需要摆脱积碳的问题或者使用甲烷燃料。 但是前几天我国发射天龙二号火箭虽然不是甲烷燃料,但是依然已经摆脱了积碳问题, 并且可以重复使用50次以上。 当然是后续开发的可重复使用型号的时候就顺理成章的应用上了。第一次嘛, 一般都不会直接就开始重复使用了。

天龙二号

第三,外星探测天然燃料

未来我们需要探测火星, 我国的规划是2045年载人登陆火星, 星舰什么时候能够登陆火星不知道,因为他们的计划总是变化的, NASA的载人登陆火星计划一定也是依托星舰的成功与否的。不过最新的消息是阿尔忒弥斯载人登月计划又推迟到2026年了!

人类登陆火星的也得返回啊, 火星的重力要比月球大的多,所以在人登陆火星之前,需要建立一套完备的火星火箭发射系统。 但是又不能在地球上运输燃料去火星。 液氧甲烷 (LO2/LCH4)之所以被认为是未来探索太空的“绿色”推进剂,还有一个原因是甲烷在太阳系内的各个星球上非常丰富。

火星、土卫六、木星和许多其他行星和卫星中都拥有,火星上可以建立甲烷工厂为火箭加油,火星大气中发现含有超过 95% 的二氧化碳和大量的地下水,这两种物质都是制造甲烷和氧气的关键成分。一个是可以解决人类在火星上的供暖供氧供电的需求,同时需要高度依赖可重复使用发动机来进行火星上的火箭发射。 载人登陆火星之前这一切需要完成,那么前期都是无人操作来进行,有了确切的大推力的火箭发射的技术和基础,才会大量的载人登陆。

因此甲烷燃料是未来人类行星际航行的必然发展方向,朱雀二号的成功仅仅只是开始,国家队的甲烷燃料发动机也多次试车,同时也可以期待2024年天龙三号的可重复使用火箭的发射。

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