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美3D打印新型运载火箭

来源:中国国防报2023-04-04 13:20

  美国相对论航天公司的“人族一号”液氧甲烷运载火箭。

  北京时间3月23日上午11时25分,美国相对论航天公司的“人族一号”液氧甲烷运载火箭,在佛罗里达州卡纳维拉尔角点火升空,火箭一级飞行和一二级分离正常完成,但分离后的火箭二级未能成功点火,发射以失败告终。

  “人族一号”运载火箭是全球第2枚投入发射的液氧甲烷火箭,第一枚是我国“蓝箭”航天空间科技股份有限公司研制的“朱雀二号”液氧甲烷运载火箭。相对论公司的火箭有何特殊之处?人们为何青睐液氧甲烷火箭?本文对此一一解读。

  3D打印,快速制造

  美国相对论航天公司秉持“3D打印、快速制造”理念,且大范围应用这一技术。“人族一号”运载火箭85%的箭体结构采用3D打印而成,包括发动机。3D打印的技术优势在于结构简单、耗时少,最快可在60天内制作完成一枚火箭。技术劣势在于产品的结构强度有待检验。此次发射的“人族一号”液氧甲烷运载火箭二级发动机点火异常,或许原因在此。

  虽然未能入轨,但该公司表示:“通过此次发射,该型火箭通过了箭体应力测试,取得一定成功。”从“人族一号”运载火箭可以看出,未来运载火箭将朝着“简单、快速、低成本”的方向发展。

  新型燃料,助力回收

  液氧甲烷火箭的出现,与近年来快速发展的“可重复使用技术”息息相关。早期的运载火箭是一次性使用,比冲(即单位推进剂所产生的冲量)是选择火箭推进剂时的重要考虑因素。液氢液氧推进剂的比冲最高,达4500m/s,液氧甲烷推进剂与液氧煤油推进剂的比冲相差不大(3500m/s),但甲烷的密度比煤油低,且需要低温使用,因此长期不受重视。近年来,随着火箭可重复使用技术的出现,人们发现,甲烷在高温下不会像煤油那样裂解,不易形成积碳,因此液氧甲烷发动机在重复使用条件下具备更优的性能。加上甲烷的制取工艺简单,价格低廉,商业航天公司开始大量使用液氧甲烷推进剂。

  继相对论航天公司的“人族一号”液氧甲烷运载火箭之后,4月底,美国太空探索技术公司的“超重-星舰”也将迎来首次发射。这枚芯一级并联33台液氧甲烷发动机,同时采用两级完全重复使用箭体的运载火箭,无论发射成功与否,已经引起外界高度关注。

  在航天领域,科技进步起到重要的推动作用,液氧甲烷火箭就是例子。随着3D打印火箭技术不断走向成熟、液氧甲烷发动机的可靠性进一步提升,液氧甲烷火箭将迎来发展的“春天”。(少谋)

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