如果您是刚刚关注本小号,我强烈建议您先看一下本连载的前两期和上一篇火星殖民操持的文章,由于这极其有助于理解本文。
让人类成为一个多星球物种—SpaceX的火星殖民方案![深度]从闭门羹到猛禽—SpaceX坎坷的发动机之路(上)[深度]从闭门羹到猛禽—SpaceX坎坷的发动机之路(中)
全体连载从10多年前SpaceX创始人依隆·马斯克籍籍无名求购前苏联发动机被拒的提及,循规蹈矩的讲述SpaceX旗下发动机的一起演进过程,直到最新的具有创新性的猛禽发动机为止。我们不八卦,不搞标题党,只捞干货,文章很长,希望大家能够耐心看完。在连载的末了一期中,你可以理解到以下几方面内容:
猛禽到底是一个什么样的发动机?它厉害在哪里?液氧甲烷发动机的历史是什么样的?为什么一贯没有实用甲烷发动机出身?猛禽的“全流量分级燃烧循环”是什么意思?创新点在哪里?猛禽在SpaceX和其载人火星上岸操持中将发挥什么样的浸染?猛禽点火试车视频在此,初次点火,韶光不长,只有几秒,视频中的马赫环(也叫马赫盘)正是稳定燃烧的标志,马斯克很光彩第一次点火没有炸掉发射台(好冷的笑话)第一部分:猛禽到底是一个什么样的发动机?它厉害在哪里?
书接上回,SpaceX已有的梅林(Merlin)系列发动机在面对未来的载人火星上岸任务时已经明显力不从心。这样一来,SpaceX就须要开拓一款新的液体火箭发动机来支撑宏伟的火星殖民愿景,同时摆脱SpaceX发动机技能水平低下的形象,根据这些需求,我们曾在猛禽正式曝光之前,也便是本连载的中篇末端预测了猛禽发动机所需达到的一些指标,幸运的是——预测险些都得到了应验,我们现在来回顾一下:
猛禽的基本性能参数,本文都是只管即便截取的高清版大图,有兴趣的可以点开查看,详细参数我们不翻译图片,但是文中都会提及
预测需求:猛禽比梅林的推力更大,推力至少是200吨级别,乃至更高,否则无法知足方案中的重型火箭BFR(也便是现在的ITS火箭)的哀求,由于发动机数量的大略堆砌是有限度的,当面对几千吨(事实是上万吨)的起飞推力时,用80吨级别的发动机来凑数切实其实是无法想象的。实际情形:SpaceX正式发布的猛禽发动机参数为海平面推力311吨(3050kN),真空推力357吨(3500kN),这远超过了之前各路媒体预测的230吨的推力水平;采取预先冷却的液氧-甲烷推进剂组合,燃烧室室压高达30MPa。如果投入利用,将使猛禽成为天下上推力第四大的现役液体火箭发动机,仅次于天顶火箭的RD-171(7904 kN),宇宙神5火箭的RD-180(3830kN),还有德尔塔4重型火箭所采取的RS-68A(3137 kN,只比猛禽的3050kN大一点儿)。部分现役及在研火箭发动机参数比拟,请把稳推许比这项数据(发动推力和自重的比值),现在是由梅林拔得头筹,猛禽和BE-4还不知道,但据传猛禽的体积与梅林基本同等,构造质量也不大,因此猛禽极有可能接班成为天下上推许比最大的火箭发动机
ITS火箭上的42台发动机,只有中心的7台发动机具有摆动(矢量)机构,能够调节方向,别的35台都是固定的,这种设计省去了大量摆动机构的重量,从而进一步减重箭体;结合差动推力后(N1就用了这种设计),既知足了火箭调姿转弯的需求,也能够完成反推回收的任务
预测需求:具有精良的复用能力,也便是没有积碳,或者是在预定的解体翻修周期内积碳不敷以影响发动机性能,而且关键的失落效点有着明确的翻修周期,而不是每次发射后都须要大卸八块,发动机的故障寿命知足标准的澡盆曲线。推进剂组合的利害比拟表,绿色代表该项特性好,黄色代表尚可,赤色代表糟糕,红叉代表没戏,甲烷在可复用性(第三项,Reusability)上当仁不让的是精良,而氢氧机的可复用性已经由航天飞机的自动员机SSME(RS-25)充分证明
实际情形:根据上图显示,液氧-甲烷这种组合使猛禽具有了精良的可复用性,这紧张是由于其在各种稠浊比之下,都不会产生令人头疼的积碳。这意味着采取猛禽的火箭可以迅速的重复发射,而无须解体清理和翻修,这对付SpaceX的ITS火星任务架构至关主要。NASA的马歇尔空间翱翔中央在1987年曾进行了烃类燃料的积碳研究,试验在涡轮仿照器上进行的,结果表明:石油在特定最小稠浊比下,积碳最少;丙烷也有一个合理稠浊比;而甲烷在试验的稠浊比范围内,只要掌握好燃估中的硫含量,就险些不存在积碳
预测需求:新发动机比冲必需要高于现有的梅林发动机(真空比冲至少350s以上),以此来同时知足深空推进和起飞离地两个阶段的不同哀求,为了这个目标可能须要改进循环办法和换用比冲更高的燃料组合。实际情形:实际的猛禽比冲水平分别为海平面334s,真空382秒,符合之前预测。为了达到这样的推进效率,除换用了高比冲燃料组合外,最主要的便是告别了一贯被人黑的弗成弗成的“燃气发生器循环”,而采取了全新的“全流量分级燃烧循环”。大略来说,如果不算某位办理不了燃烧不稳定问题的前辈(RD-270躺枪),猛禽是全天下第一款实用化的“全流量分级燃烧循环”的发动机。同时,这些参数使得猛禽成为了全天下浩瀚的实用化(躺在PPT上的都不算)起飞级火箭发动机中,除氢氧机之外推进效率最高的一款,也便是烃类燃料发动机中比冲最高。笔者再预测需求:必须要能够深度节流;必须要能够多次启动;必须要能够进行精确快速的矢量调度,这个和现在的梅林系列发动机哀求基本同等。实际结果:结果是完备符合,而且远超预期,尤其是猛禽低至20%的节流能力(最新的梅林1D+最低也只能到40%),也便是推力能够低落到全推力状态下的20%,这是笔者所见到的节流能力最强的起飞级发动机(如有更强者望指教)。由于ITS飞船在长达三年的火星任务过程中要数次启动,以是多次启念头能上要比梅林更进一步,但是甲烷发动机的点火实在一贯都是个技能难点,因此猛禽的点火机构经由了全新设计,淘汰了现有的TEA-TEB,这套新的点火系统理论年夜将支持无限次点火。
由于猛禽既要在地球大气内事情,又要在深空事情,还要在火星大气内事情;既要能起飞,而且还要充当着陆发动机,切实其实是“万能发动机”了
科幻电影中常常涌现巨大的宇宙飞船从大气层外飞来,然后通过反推进员机着陆地面的场景,但很可惜目前全天下所有的火箭发动机都做不到,但如果猛禽投入利用,ITS成真,这或许就不再是电影画面了
预测需求:新发动机所采取的燃料组合要廉价,至少不能高于现有的液氧石油,很显然,崇高的氢氧机就这么被PASS掉了。由于未来BFR这种全复用的火箭,燃料本钱成为了关键成分。实际结果:上文的推进剂组合的利害比拟表已经非常明确的揭示了答案,近些年国际油价一贯处于低位,使得RP-1为代表的石油相对廉价,但是甲烷的价格也不贵,而甲烷占80%以上的天然气在美国则更是“白菜价”。相对付昂贵的氢氧组合,考虑到ITS每次发射近万吨的推进剂需求量,低价燃料组合所带来的巨大本钱上风不可小觑。在未来发动机性能得到进一步开释的时候,为了连续降落发射本钱,不用除直接采取滤杂脱硫天然气作为燃料的可能,巨大的LNG船(Liquefied Natural Gas,液化天然气),未来很可能直接为同样巨大的ITS火箭做事除了上面的“神预言”之外,猛禽还有一些其它。首先目前开展测试的猛禽是100吨版本的缩小版,末了的正式版将是3倍推力。
有关于试车的是缩小版还是正式版的辩论可以结束了,是一个100吨级别的缩小版,很可能便是给空军交差的版本,也是未来猎鹰9和重型猎鹰的上面级发动机
9月26日的试车台照片,可以看到没有安装延伸喷管,抱歉这个真没高清的了
该试车台位于德克萨斯州的McGregor,便是图中的红圈处此外,SpaceX在3D打印上的运用再创新高,猛禽发动机40%重量的部件是由3D打印制成的,真空版与地面版只有喷管大小不同,涡轮和燃烧室设计完备同等。
SpaceX对3D打印的运用越加广泛,图为载人龙所用到的SuperDraco逃逸发动机,发动机舱内的白色燃烧室便是3D打印而成,请把稳燃烧室上部繁芜的加强筋构造,如果用传统机加办法生产,我估计工艺能把设计打个半去世(笑)
猛禽引擎将用热交流器加热甲烷和液氧,也便是常说的自生增压,使储罐内燃料在不断花费后自己加压,淘汰现有的已经导致两次爆炸的氦气增压系统。
在猛禽和ITS上,我们终于告别这些该死的氦气罐子和支架了,猎鹰9仅有的两次事件全都是出自这里,虽然个中一次事件还没末了调查清楚
美好的液氧甲烷和残酷的现实
看了这么多猛禽的资料,肯定有人会有疑问,液氧+甲烷这种燃料组合这么好,为什么一贯没有实用化的甲烷发动机投入利用呢?实在早在齐奥尔科夫斯基时期,液氧-甲烷就已经是液体火箭的备选燃料了,但是自冯·布劳恩博士的V2导弹出身至今已经有70多年的韶光了,甲烷机却依然没有作为紧张动力来源投入到实际发命中。这背后肯定是有缘故原由的,毕竟那么多研发职员都不是傻子。
这不是我比火箭工程师聪明系列,以是肯定没这么大略!
首先来大略认识一下甲烷,甲烷是低密度碳氢化合物,具有类似于氢和石油的优点。
1个碳、4个氢,就这么大略的构造(画反了),夸年夜些说,你放的屁里都含有甲烷甲烷也是一种优秀的冷却剂,具有高热容,能用作膨胀发动机的冷却剂,并知足构造传热和膨胀的哀求,密度约为氢的6倍,贮箱的构造质量将远比氢贮箱轻。在所有碳氢化合物中,甲烷比冲最高。大略来说甲烷与石油比较具有四项优点:比冲高;冷却通道中压降落;冷却能力强;结焦温度高,积碳少,后两条优点对付可复用特殊主要。而且甲烷是半低温推进剂,沸点-161.5℃,与液氧沸点-183℃相差不到20度,因此在采取共底储箱时可以进一步简化贮箱构造。
两种推进剂温度附近就降落了ITS飞船共底储箱的隔热构造设计难度,在ITS飞船上,储箱必需是万无一失的,以是换用甲烷还有这方面的好处
说完了优点,咱还是总结一下甲烷机一贯没有上位的紧张缘故原由,有以下几点:
首先是现有的发动机已经足够好了,或者反过来说,甲烷机好的并不那么“明显”。甲烷组合相对常用的石油机最突出的特色便是比冲更高,但是上风并没有氢氧机那么大。因此伴随着石油机的不断发展,尤其是冷战期间RD-170发动机成功办理了大推力液氧/石油发动机的燃烧不稳定性、高压推力室冷却和高性能补燃循环等一系列技能寻衅后,以及衍生型号RD-180、RD-191的成熟和大规模运用。就性能而言,补燃石油机已经追平乃至稍高于发生器循环的液氧/甲烷发动机的水平,这就让全新开拓甲烷机变得很不划算。(如果你不理解高压补燃等这几个观点别焦急,后面我会浅近的讲一下)
ULA的广告,无人能及的超过80次的不间断成功发射(图为2015年的海报,至今为止这个成功数还在不断累计),RD-180确实造诣了ULA令所有竞争对手都不得不敬畏的超高发射成功率,另一方面高压补燃石油机的可靠性和性能都得到了印证,你要说中国不眼红那绝对是假的另一方面缘故原由是自冷战结束后,航天投入骤降,加上通货膨胀等缘故原由,全新研动员员机的用度甚巨,绝大部分企业都对研制新发动机兴趣缺缺,更别提研发甲烷机了。这造成的结果便是美国自1981年航天飞机首次发射之后之后的30年间,除RS-68外,美国就没有全新研发过一款起飞级液体火箭发动机,直到SpaceX的梅林(午餐肉啊,午餐肉!
)发动机的涌现。而老牌承包商研发火箭发动机有多贵呢?举个例子,NASA为了给SLS(太空发射系统)供应后续起飞级发动机,请洛克达因在现成航天飞灵活员机RS-25D的根本上缩水简化出一次性利用的RS-25E和F型,而仅仅这种拿现成发动机砍砍砍的研发项目,条约总额就高达11.6亿美金,以是全新研发的用度级别请自行脑补。
自上世纪投入利用后的30年间,正经八百全新研发的火箭发动机竟然只有RS-68一款,而事实上RS-68只是可复用的RS-25发动机的一次性大推力简化版本除此之外,甲烷不受重视还有火箭设计思路上的问题。公认的多级火箭最空想的燃料组合形式是:助推级或一级发动机应为高密度比冲(推进剂密度与其比冲的乘积)燃料组合,当同样利用液氧为氧化剂时,这就须要采取高密度燃料,如液氧/石油发动机;而上面级尽可能用高比冲燃料组合,比如液氧/液氢发动机。经充分论证和打算,这种组合的火箭是运载能力最大和质量最轻的。范例的火箭便是俄罗斯的“能源”和美国的“土星5号”,都利用了液氧/石油和液氧/液氢发动机组合,这种组合充分利用了发动机的密度效应。因此最尴尬的问题就出来了——甲烷的密度低,导致密度比冲不如石油,做一级发动机没啥上风;纯挚比冲也比不上氢氧,做上面级也没有上风,总之便是常说的半吊子,干啥都不是特殊适宜。
土星五号的三级便是采取的高比冲氢氧机,由于液氢密度太低,导致红框指示的液氢储箱远大于液氧储箱,因此如果在ITS火箭上采取液氢作为燃料,由于其密度比冲太小,贮箱会变得非常大非常重
实在,美、俄、欧、日,乃至包括我首都有研发过各种推力级别和循环办法的液氧甲烷发动机,俄罗斯曾基于液氧石油发动机,试验了一大波液氧甲烷发动机,乃至还有RD-183 /185 /190等一批液氧天然气发动机。而美国实在也做了不少考试测验,比如环绕重返月球操持,普惠公司就牵牛星月球着陆器低落级发动机采取液氧甲烷膨胀循环开展了参数估算,提出了发动机的详细方案;NASA将RS-18发动机(其前身便是阿波罗登月舱的起飞级发动机)改造为月球着陆器长进级的挤压式液氧甲烷发动机,但是随着该操持被奥巴马一刀砍掉,然后就没有然后了。
NASA开展了高空仿照试车和低温推进剂在月球表面的长期贮存仿照试验研究,还有液氧甲烷反浸染掌握系统(RCS)的试验研究,这两点在ITS飞船上都有运用
说了这么多,总结起来便是甲烷机不上不下,尴尬的走到了本日;其余也是生不逢时,全天下都在甲烷上用过力气,但是很可惜,却险些没有发动机走到发射那一天。
猛禽的“全流量分级燃烧循环”是什么意思?
那么问题又来了,既然甲烷机并不那么美好,为什么SpaceX还要坚持研发猛禽呢?除了可复用性和燃料廉价的缘故原由之外,最主要的缘故原由便是猛禽的“全流量分级燃烧循环”,这种循环能够大幅度提高甲烷机性能,使得甲烷机摆脱不上不下的尴尬田地,首先是提高比冲,从而使得密度比冲靠近石油,使之适用于起飞级;同时缩小与纯氢氧机的比冲差距,更适用于上面级,可谓一石二鸟。那到底什么是“全流量分级燃烧循环”呢,这首先要从燃气发生器循环(这种循环我们连载上期讲过,此处不赘述,传送门在此)的梅林发动机提及。
看看梅林这一缕动听的废气和黑烟,里面包含大量周详的不完备燃烧碳颗粒
燃气发生器循环最糟糕的地方便是预燃室的剩余燃料都变成废气摧残浪费蹂躏掉了,于是有人就设想,如果这部分燃料能够重新回到燃烧室得到充分燃烧多好。但是SpaceX的梅林发动机采取的是富燃的预燃室,排出的废气中含有大量碳颗粒,如果重新引回燃烧室,极易堵塞周详的喷注孔,导致爆炸事件。
范例的俄式喷注盘剖切构造,由大量周详的管孔组成,积碳一旦堆积壅塞起来,后果请自行脑补
那么如何才能安全的回用富余的燃料并提高比冲呢?常日有两个方案:
第一种方案:换用富氧预燃室,使燃料充分燃烧,避免积碳,这样排出燃气包含大量没用完的氧气,重新导入主燃烧室就没问题了。但是问题远没那么大略,而如果氧气过量,一方面是充分燃烧下燃气温度很高,对涡轮耐高温性和冷却性哀求很高。另一方面涡轮险些是在高温纯氧的冲刷下事情,这对涡轮的抗氧化性能,还有预燃室的燃气均匀性,以及很多问题都提出了寻衅。如果处理不善,可能导致涡轮被氧化,乃至断裂,结果便是发动机爆炸。而俄罗斯人创造性的办理了这个繁芜的问题,研发出了能够稳定事情的富氧预燃室的高压补燃石油机,前面提了好几遍的RD-180便是这种发动机的代表作。
RD-180的管路图,我们可以清晰地看到,全部蓝色的液氧都被导入至红框内的预燃室中,而绿色的石油管路则仅有一部分进入预燃室,这样一来就形成了氧气过量的富氧预燃室
做了个简化图,请把稳和下图左边的富燃预燃室做比拟
既然这招如此成熟,SpaceX为什么不用呢?由于SpaceX不会!
仅有俄罗斯能制造这种发动机,美国人都弗成,后来我国通过某种分外路子也学会了这一招,也便是我国的YF-100发动机。这便是很多媒体说我国和俄罗斯是高压补燃石油机领域唯二王者的缘故原由所在,当然我个人对这个说法是比较呵呵的。
第二种方案:依旧采取富燃预燃室,但须要换用无积碳的推进剂组合,比如液氧甲烷或者是液氢液氧,然后将富燃后的高温燃气重新导入燃烧室,添加上氧气,连续燃烧。
左边便是范例的富燃预燃室的分级燃烧发动机,请把稳和上图比拟,右边是梅林和F1的循环,请把稳预燃室废气在推动涡轮泵后的处理办法的不同
前文提到的航天飞机的自动员机SSME(RS-25)就采取了这种分级燃烧的理念,但是SSME没有用共轴泵的思路,而是采取了双预燃室双泵的方案,两个泵分别卖力泵送液氧和液氢,但是特色是两个燃烧室都是富燃的,也便是都是液氢过量的。
SSME的管路图,蓝色为液氧,赤色为液氢,黄色是高温燃气,请把稳蓝色框中的两个预燃室,都是液氢注入过量,同时红框内的燃烧室中,为了连续燃烧,须要单独补充喷注液氧,和富含剩余氢气的燃气稠浊,进行气-液稠浊燃烧,通过这种办法和燃料组合,SSME得到了高达452s的逆天真空比冲,至今无人超越那么这样看来,同为无积碳燃料组合的猛禽发动机采取SSME的方案就大功告成了呗?
但是SpaceX并不这么认为!
由于理论上SSME的循环办法有一个仍可以改进的地方,便是主燃烧室的气-液(气态和液态)稠浊燃烧办法。之以是说可以改进,是由于在液体火箭发动机的事情中一样平常包含气-液、气-气、液-液三种燃烧形式。而个中气-气燃烧是最稳定的,同时燃烧效率也最高,比如家家都用煤气灶,只要不发生泄露,那么它的燃烧便是十分稳定可靠的。而气-液相对就要差一些,但是也可以得到妥善办理,比如生活中汽车发动机便是雾化后的汽油和空气稠浊燃烧,属于气-液燃烧,但是偶尔也会涌现爆震(突突突)的情形。虽然燃烧效率上不如气-气燃烧,但是总的来说还是稳定或者可办理的。而液-液燃烧的稳定性就不那么好搞了,虽然发动机研发中会只管即便避免,但是当气-液稠浊不良时,部分气体会遇冷重新凝集成液体,导致变成液-液燃烧,导致燃烧的不稳定。而燃烧不稳定问题是极其关键的,航天史上为理解决燃烧不稳定问题都做出了巨量的事情,不管是F1发动机多达2000次的全尺寸热试车,还是俄国人在燃烧理论上的大量事情(实在俄国人烧钱试车也超级多),都试图终极办理不稳定燃烧的问题。可惜直到本日,不稳定燃烧依旧有部分机理尚不清晰,未能得到彻底的办理。以是尽可能使主燃烧室变成稳定的气-气燃烧,是当前技能水平下办理不稳定燃烧问题的一个最佳路子,也堪称是分级燃烧循环的终极状态。
猛禽发动机的喷注器试车图,你不是要气-气燃烧么,我给你!
末了的末了,猛禽发动机所采取的,号称分级燃烧循环终极形态的“全流量分级燃烧循环”终于要出场了(Full-flow staged combustion,简称FFSC)。
“全流量分级燃烧循环”示意图,有兴趣可以和SSME比拟一下
“全流量分级燃烧循环”和SSME一样都是双泵,双预燃室,但是最大的差异在于全流量分级燃烧循环两个预燃室一个是富氧燃烧,一个是富燃燃烧,这样就会产生富氧燃气和富燃燃气两股高温燃气,末了将这两股高温燃气(请把稳,是两股高温燃气)导入主燃烧室,在主燃烧室发生剧烈而稳定的气-气燃烧,从而尽可能减少不稳定燃烧问题,同时尽可能提高主燃烧室的燃烧效率,得到尽可能高的发动机性能。
全流量分级燃烧循环的先驱者,前苏联格鲁什科设计局的RD-270发动机,超级大毒发(有毒燃料组合),逆天火箭UR-700/900的自动员机,但由于各类缘故原由,止步于工程样机状态
实在全流量分级燃烧循环还有别的优点,首先是比冲的进一步提高;其次是推力调节范围更大,这也是猛禽20%的逆天节流能力的来源之一;第三,由于所有推进剂都是通过预燃室的,以是燃气流量较大,预燃室事情温度更低,寿命更长,利于复用;还有双泵双燃烧室设计规避了RD-180上采取的分外密封方法,但同时又具有了高达30MPa的超高室压。但是反过来,双泵双燃烧室带来的构造重量提升也是不能忽略的,还有纵使采取了气气燃烧办法,但是燃烧稳定性问题依旧不如小觑。但是只要猛禽真正研发完成并装机发射成功,这个天下第一款“全流量分级燃烧循环”的甲烷发动机的宝座就坐实了,估计到时候那些喷SpaceX发动机技能水平低的人就都该闭嘴了。
“猛禽”、ITS和SpaceX的未来
猛禽的试车开了个好头,但这只是一款发动机研发万里长征的第一步。事实上,火箭发动机研制过程中,绝大部分本钱都耗费在了试车过程中,在那一缕青烟中无数金钱被花费掉,用烧钱来形容一点都不为过。从国内外的普遍履历来看,从历史上来看,全体火箭发动机研制本钱的大约75%花费在“试验/失落败/修正”(TFF)这一过程中,台架试验并不仅仅是烧掉了那么多高能燃料那么大略,须要更具试车中暴露出的各种问题反复优化事情参数和改进发动机设计。一旦涌现预期之外的技能问题就须要修正设计,而每一个经由修正的设计都要重做试验以证明有效,这些都会带来本钱。如果技能问题短期内无法被战胜,轮番改换不同的办理方案不仅会使试车拖延日久,砸进去的金钱会像流水一样,而这些研制过程中发生的本钱,终极会摊到采购本钱和发射用度上去。一些本钱高昂的经典发动机,例如“土星”V的F-1、航天飞机的SSME等,都是由于在试车时暴露出各种预想之外的严重问题,然后对发动机进行了许多大改动所致。
猛禽喷出来的不是赶往火星的寂寞,而是钱!
但是大家都知道一件事情——SpaceX很穷!
很穷!
很穷!
以是他没有那么多钱像当年F1试车一样一直的烧掉,而且猛禽险些没有得到NASA像样的帮助。唯一的公开的帮助是今年1月,美国空军曾付与SpaceX公司一项3360万美元的条约,用于帮助60吨推力级别的上面级版本“猛禽”的研发,用以更换现有猎鹰9火箭上的“梅林”真空版,意图凭借猛禽发动机的高比冲上风进一步提升火箭的高轨道运力,条约哀求在2018年前研发完成该版本猛禽的原型机,而未来ITS上利用的300吨级别发动机,并不在空军帮助之列。
在网络上公开的美国空军与SpaceX签订的EELV研发条约,很奇怪是不是,这种条约竟然在网上就能找到,美国这系统编制真是奇怪请把稳3360万美元这个数字,上文曾提过NASA为开拓一个现成的RS-25的缩水简化版向洛克达因豪掷11.6亿美元;而对付全新循环办法,全新燃料组合的猛禽发动机,却只有3360万这可怜至极的帮助,说不好听的,丁宁要饭的呢!
不过好在这次试车的正是小推力版本猛禽,很可能便是空军的上面级版本,遵照先易后难的研发顺序也是通情达理,希望后续空军能加些钱。
不过SpaceX也有独门绝学,一样平常来说为了降落试验用度,最好的办法便是做好打算机仿真,但是SpaceX对现有CFD(打算流体动力学)仿真软件显然并不满意,于是乎马斯克这硅谷出身的人带领一帮疯子用硅谷特有的办理办法搞定了这个问题——自己开拓一个CFD软件。
密闭空腔中的氢氧燃烧仿真
龙飞船再入大气仿真
燃烧湍流仿真
燃烧仿真所涉及的诸多物理尺度
笔者无意深入到CFD的汪洋大海中,SpaceX在自研软件上利用了自适应网格划分、基于小波的数据压缩、大量开源数据库,还有CUDA仿真加速,有兴趣可以自己找找这个CFD视频看。但是有几点是可以确认的,SpaceX冒天下之大不韪自行开拓燃烧仿真剖析软件,还是为了省钱。
就地生产返程推进剂的甲烷化反应,SpaceX省钱是贯穿绳命的,包括到了火星
回顾一下SpaceX从无到有一起走来的过程,无论是“梅林”还是“猛禽”,SpaceX公司在如今的商业化航天时期坚持自研火箭发动机彷佛是一件吃力不谄媚的事情,由于连实力雄厚的ULA都外购俄罗斯的RD-180发动机。然而,SpaceX公司本日的成功一定程度上正是由于当初求购未成吃了闭门羹的“祸”而得到的“福”。
首先,发动机作为火箭的核心技能,只有彻底的自研才能够对发动机充分挖潜和改进。其次,正是由于自研发动机具备的深度节流和矢量掌握能力,才使火箭回收成为可能。正是由于自研,SpaceX公司才能在年初独揽GPS-3的发射条约,而将部分采取俄制发动机的ULA挡在门外。末了,正是由于自研,ITS这样的宏伟载人探索架构才有成真的可能性。实在很多人都没有创造ITS架构最厉害的一个地方,那便是如此弘大的载人火星任务架构——竟然从头到尾只用了猛禽一款发动机!
(这个我们下回分解)
没有比拟就没有发言权,图为NASA的DRA5.0火星任务架构,全体操持中至少要用到10多款不同的发动机,而且个中一大半还没开始研发,以是和ITS比较,谁更靠谱,还真特么说不准哦
(全文完)