萬法本原
導彈和火箭的問題問W君總是沒錯的。就這麼自信!
對於火箭技術世界上各個國家都有自己的玩法,這也就是火箭江湖中的各大門派了。本質上其實並不能說誰優誰劣。
先說說獵鷹火箭吧,咱就當武俠小說來講。
是年火箭江湖上有三大門派分別為中美俄。這三個門派是火箭屆的泰山北斗。
而一個街頭小混混(這樣說還真不為過)偶然的機會悟出來一套功夫也開始躋身江湖揚名立萬,這個小混混就是spaceX。
大家提到了獵鷹火箭往往會很關注這是一款可以回收再利用的火箭。但為什麼能夠回收再利用則知之甚少。
是火箭有額外的控制機構嗎,自然不是。關鍵還在噴嘴(發動機)上。
獵鷹火箭的發動機叫做墨林(merlin)發動機,是在新世紀裡由美國人研究的唯二兩種發動機之中的一種。
從結構上我們可以看到,這臺發動機除了在主噴管之外還有一個小噴管,這個小噴管並不燃燒僅僅是在旁路上噴出廢氣。
依靠廢氣來控制火箭的飛行姿態。
但要注意的是,莫林發動機本身的推力其實並不大!真空推力只有914千牛。
而美國2000年後研究成功的另外一種發動機RS-68的真空推力則為3.3兆牛!
看到這裡就不迷信獵鷹火箭了吧?
別急繼續說獵鷹火箭,庫瑪斯是幹it出身的,深知單核處理能力不行多核湊的道理。於是在獵鷹1的基礎上就又搞了一個獵鷹9,9個墨林發動機。
放倒了看就是這樣的
九個發動機形成的陣列不僅僅解決了推力問題還使得墨林發動機的可控性更為出色。
到了重型獵鷹其實就是三個獵鷹九捆綁在一起27個發動機而已。
但在這裡如果仔細去看重型獵鷹開始像正派武學靠攏了之前噴管的方形排列方式不著痕跡的給改成了圓形的軸對稱排列方式。——這也算是spaceX團隊悟道了。
獵鷹這種江湖邪教其實也沒太大必要講太多。它的意義更多的是航天商業化的意義。一直以這種方式(月工)下去是會走到蘇聯火箭一段時間內到死局中的。唯一所特別的也就是冷戰結束後美國航天乏力沒什麼錢了。這也沒太大必要說。
再說德塔火箭,現在是德塔4,用的就是剛剛提到的rs-68發動機。
德塔火箭是一個很長期的發展計劃,題主所提到的並列型號其實是後期的重型德塔。
從上面的德塔火箭譜系圖中是不是也可以看出德塔火箭有捆綁型並列型等多種佈局。
但美國的火箭其實單個單元的推力要比中國和俄羅斯的都小一些。推力不夠怎麼辦?——捆綁!又想省成本又想推力大怎麼辦?——捆綁固體燃料火箭
!實在載荷太重了發射不上去怎麼辦?並聯三枚火箭,不考慮成本。——這就是美國火箭正統派別的武功秘籍了。
對於中國,呵呵。是另一派了!
三枚德塔4並聯在一起發射重量為732噸,近地載荷28.3噸。而一枚中國的長征五火箭的發射重量就達到了878噸!
如果要換成3個主芯並聯的話火箭得有1200噸的發射重量了,沒啥太大必要性。
同時捆綁火箭有捆綁火箭的好處,在助推段長征5的助推器只需要工作不到三分鐘就可以拋棄了,剩下的五分鐘時間裡都是主芯發動機在工作。這樣成本更低可靠性更高。
這也是中國獨練“內功”搞大火箭的秘籍了。
說實話 火箭都是有自己國家的國情的。你以為NASA的專家們並聯起來三枚德塔四的時候沒有眼紅咱們的長征5嗎?
軍武數據庫
目前現役火箭中運載力最大的火箭是誰?相比不少人都知道是這幾年在航天市場一枝獨秀的SpaceX公司的“獵鷹重型火箭”,其LEO近地軌道63.8噸、GEO地球同步轉移軌道最大26.7噸的運載力成功問鼎世界運火箭運載力排行榜榜首。而我國目前現役火箭中運載力最大的就是長征5號重型火箭了,其近地軌道最大25噸、地球同步轉移軌道最大14噸的運載力相比獵鷹重型火箭的確少之又少,就算是後期的長征5號乙型火箭的GEO軌道最大23噸的運載力也是低於獵鷹重型火箭的。而獵鷹重型火箭簡單來說就是將三枚獵鷹9火箭並聯在一起來實現這麼大的運載力的,同樣為了增加運載力的還有美國空軍喜愛的德爾塔4重型火箭,那我國的長征運載火箭為什麼不採用並聯的方式來提高運載力呢?
像獵鷹重型火箭因為一級結構佈置了多達27臺發動機來滿足推力需求,所以為了降低因為某臺火箭發動機停機造成火箭發射失敗,獵鷹重型火箭一級結構的27臺發動機除了可以自動補償推力外,在整個發射過程中27臺發動機的推力都是按照設計時大時小的,這樣不僅降低了因為單邊火箭發動機停機數量過多,造成彌補推力不足的問題,而且也能夠通過這種推力差滿足了火箭程序轉彎需求。
所以總結一下就是,我國目前現階段的火箭採用串聯+捆綁的設計方式除了因為這一設計比較成熟簡單外,還有一個就是我國缺乏合適的大推力火箭發動機,如果沒有大推力火箭發動機強制上並聯設計的話,只能是設計出和獵鷹重型火箭這種怪胎,畢竟這種採用多發動機設計大大降低了火箭的可靠性。而SpaceX設計獵鷹重型火箭只是為了向外界展示和試驗,其下一代的重型火箭依然還是串聯設計。而對於我國來說並聯設計最大的優勢就是可以大幅度提高LEO和GEO軌道運載力,但是涉及到載人航天或者是更高軌道的發射任務,還是傳統的串聯設計+捆綁更好,如果主芯級火箭發動機推力夠大的話,還可以取消助推級,更能提高火箭發射可靠性和發射效率。
魑魅涅磐
手機碼字,隨便說幾點,有點亂湊活看,不一定全面。
典型的三芯級並聯cbc構型的火箭就是德爾塔4和重型獵鷹,德爾塔4是現役技術含量最高的全氫氧火箭,真空推力340噸,是長5氫氧發動機真空推力的5倍,靠3個發動機就能上天,長5第一級就用了10個發動機。這個屬於技術碾壓,學不來的,就不說了。
重點說一下重型獵鷹,它是在獵鷹9的基礎上改的,被眾多國內專家網友嘲笑,但現在它已經是我國在短期內無法造出大推力發動機情況下有效提升運力的模仿對象。去年珠海航展展出的未來的新921火箭的模型【如圖】就是模仿重型獵鷹的3芯級,21~24個發動機並聯,除了不能回收外,其他如動力冗餘、自主檢測等多項先進理念也全面向重型獵鷹看齊,有興趣的朋友可以去找找當時的PPT,非常詳細。有一種說法是有必要在長9之外有一個備份,避免現在長5不行,空間站、嫦娥5、火星探測全部不行的尷尬。
我國最好的發動機就是長5上裝的yf100和yf77,長5的芯級是沒力氣的,海平面總推力只有50噸×2並且YF77前途未卜,全靠液氧煤油的助推器,我國稍微運力大一點的火箭都捆了4個助推器,獵鷹9可以光桿上天。除了發動機推力不足以外,推重比低也是原因之一,重型獵鷹的單發推力其實還比長5的助推的推力還略小些,但獵鷹用的梅林1d+是有史以來推重比最高的發動機,500公斤不到的重量試車推力109噸以上,推重比230+,比第二名的nk15高出接近一倍,這兩年又增推數次,現在的極限推力也沒個說法。而我們最強的yf100雖然推力有120噸,但重量也接近2噸,推重比70左右,也就是在推力相差無幾的情況下重量大了將近4倍【如圖,以人為參照物可以看出yf100大了很多,上面還有一大截擋住了】,體積一大同樣的火箭橫截面積下可佈置發動機的數量就少,也就無法像獵鷹那樣滿滿當當的塞滿9個發動機(也可以考慮少塞一點)。再舉個例子,蘇俄最強的發動機RD170推力800噸看上去牛皮哄哄,但一臺RD170有4個巨大的噴口,重量接近10噸,直徑4米,獵鷹9直徑3.7米,連一臺RD170都裝不了,同樣的位置裝梅林或者猛禽推力遠不止800噸,更別說大推力發動機無法深度節流回收無法備份冗餘。
人們總是更關心推力多少多少噸這種淺顯易記的指標,而忽視了幹質比、比衝、推重比、經濟性、成功率這些更重要的指標。獵鷹系列的材料減重等硬核的黑科技也是長征系列無法比擬的,獵鷹9僅僅500多噸的中型火箭,其低軌的運載能力就能比肩長5這樣800多噸的大型火箭,同步轉移軌道運力也達到8.5噸,超過了發射史上最重衛星的需求,重型獵鷹的運力更是3倍於此。而長5是30年前就開始籌備設計的火箭,本身的理念就落後於時代,作為特種火箭也沒有經濟性可言,現在對他要求已經降到能用就行。
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長5的yf100,技術源於蘇聯RD120。百度搜索RD120直接就能轉到YF100的百科詞條(可能最近比較敏感,已經改掉了)
獵鷹系列的發動機,暴改過6、7個版本,推力從34噸一直增加到100+
去年珠海航展展出的新載人火箭模型
打完字才發現錯過了今晚的發射直播,就在20分鐘前第72發獵鷹9成功發射回收。下一次發射是12天后的重型獵鷹第三次發射。
老祖宗還沒起床
首先,公開報道中暫稱它為“新一代載人火箭”。
初看名字,有人不以為然,以為它和“新一代運載火箭” 混淆了。
並非如此,“新一代運載火箭”是由長征五號、六號、七號和11號組成的新的航天發射系統,有別與老長征系列。
而“新一代載人火箭”
是由921牽頭的項目,有人也叫921火箭。它的主要職能就是匹配新一代載人飛船,即深空飛船,以進行中國未來的載人登月!
純乾貨數據:
全箭長度 84.7米
起飛質量 2200噸
LEO 69.3噸
LTO 27.5噸
全煤油起飛級:
芯一級 YF-100K×7 直徑5米
芯二級 YF-100K×2 直徑5米
芯三級 YF-75D×2 直徑5米
新飛船直徑4.5米,
返回艙內部空間13立方米,
貨運能力4噸,
其中返回艙提供2.5噸下行能力,
推進艙提供1.5噸的非加壓貨運能力,
計劃2021年試飛。
中國航天科技集團一院長征七號運載火箭總指揮王小軍介紹:新一代載人運載火箭將按照載人飛行的最高安全標準進行設計,在近期可以用於載人月球探測工程中的環月、繞月等演示驗證任務,快速推動我國運載火箭技術和進出空間能力的重大提升和跨越。未來還可以和長征九號運載火箭組合使用建立月球基地,實現月球可持續開發利用。
2019.05.10消息,航天科技一院研製的我國首件5米直徑共底結構貯箱下線。
推測新載人火箭(921火箭)的進度比預想中得快,目前來看2025年前後就有可能首飛。
o上知天文o
不是不想,說句實話,我們火箭技術還沒有美國那麼強。很多技術上的問題沒攻關。
萬物皆可德莉傻
火箭發動機的推力不夠大,所以長征5號一級火箭只能並聯10臺火箭發動機,才能達到足夠的推力。當然這樣做也會降低火箭的安全係數。除非新一代的100噸級以上的氫氧發動機和五百噸級的液氧煤油發動機研製成功才能得到解決
黎11希1
主要的原因是發動機推力不夠,原有發動機只有75噸,必須並聯4枚助推器才能產生足夠推力。所有才有了推力不夠,數量來湊。
somkly
很簡單一句話:技術達不到。
中國的火箭發動機推力遠不及國外的,進口的人家也不賣那麼高推力的。多加燃料也只是徒增重量,所以選對的才重要。
空城待人
臆測:發動機的穩定性不夠自信,振動比較大吧