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世界上最强劲的火箭——猎鹰重型火箭是如何工作

2013-09-06 11:31:00来源:越野e族

今年年底(根据SpaceX最新的发射表,猎鹰重型将于2014年发射),SpaceX公司将发射猎鹰重型(Falcon Heavy)火箭进入太空,届时,它将成为世界上最强劲的火箭。只有NASA的曾将美国人送上月球的土星五号火箭能与之媲美。对于火箭来说,判断火箭是否强劲的标准就是它的推力。猎鹰重型的27个独立的发动机总共能产生380万磅的推力——足够将310万磅重的火箭本身以及11.7万磅的有效载荷送入近地轨道(一磅约合0.454千克)。猎鹰重型火箭的成功发射对SpaceX公司及美国的太空计划至关重要:美国空军已经与SpaceX签订合同,将于2015年使用猎鹰重型火箭发射两颗卫星入轨。

猎鹰重型火箭示意图 by NickKaloterakis

1) 发动机组

9个SpaceX研制的Merlin1D引擎安置在每一台火箭发动机的底部(3台发动机共有27个引擎)。猎鹰重型火箭的引擎和猎鹰九号(Falcon 9)火箭的引擎完全一样。

2) 第一级:三台火箭推进器

猎鹰重型的第一级是由三台推进器组成的,它们将在火箭发射升空时首先点火。在大约2分45秒的飞行时间中,位于中间的推进器会减小油门,但位于两侧的助推器会始终全力推进直到燃料耗尽。届时,两侧助推器将会被气动分离器抛出,最终掉进大海,而中央推进器则会加大油门。

3) 中央推进器

当有效载荷的重量大于10万磅时,猎鹰重型火箭会使用交叉燃料供给系统,将两侧助推器的燃料转移到中央推进器,使其在两侧助推器分离后也能保持几乎满燃料的状态,这样就相当于一枚已在高空的满燃料猎鹰9号火箭了。

4) 燃料箱

在每台推进器的顶部各有一个液氧燃料箱,通过一条中央管道给引擎提供燃料;燃料箱的下部储存着煤油。这些推进剂将由涡轮泵入每台Melin发动机的燃料喷射器,混合后被送入燃烧室。

燃料箱生产 by SpaceX官网

5) 第二级

猎鹰重型的第二级由一台单独的Merlin 1D引擎提供推力,这台经过改进后的引擎能在太空的真空环境中正常运行。火箭的第二级给有效载荷入轨提供了最后的推力。这台引擎能够在需要的时候关闭或重新点火,从而使猎鹰重型火箭能够将多个有效载荷送入不同的轨道。

6) 整流罩

猎鹰重型火箭能够运载龙飞船(SpaceX研制的能自由航行的飞船,现在已经在国际空间站的补给任务中得到使用)或者不超过11.7万磅的有效载荷(比如多颗军用或商用卫星)。它们将被装在一个长45英尺,直径为17英尺的整流罩中。整流罩由两个抓斗形状的半壳组成,使用蜂窝铝芯材料和碳纤维面板制造。当第二级接近预期轨道时,气动推进器将两个半壳分离,释放出有效载荷。

整流罩分离 byNickKaloterakis

整流罩 by SpaceX官网

7)Merlin 1D引擎

一台单独的Merlin 1D引擎能在海平面高度产生14.7万磅的推力,它使用煤油和液氧作为燃料,燃料则由涡轮泵入燃烧室。猎鹰重型的液体推进剂相比固体燃料有着不小的优势:液体燃料引擎能在飞行时熄火并重新点火,然而固体燃料引擎会一直运行到燃料耗尽。根据一些SpaceX不愿意公布的专利调整细节可以知道,最近工程师们通过减轻引擎重量提高了它的效率,这使得Merlin 1D引擎成为迄今为止最高效的火箭引擎。

第一级27台Merlin 1D引擎示意图 by SpaceX官网

文章关键词:

飞行

责任编辑:赵宇
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