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美国火箭发动机发展史,1926首次发射液体火箭,距今92年之久

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把火箭和尖端技术联系起来是很平常的事。但奇怪的是在过去的十年左右,大多数美国运载火箭所使用的火箭发动机实际上并不是半个多世纪前发展起来。工程师们本质上是保守的,当他们设计复杂、高性能的机器,如现代液体推进剂火箭发动机涉及到这一点时,这一理念尤其有价值。

自从美国火箭先驱Robert Goddard在1926首次进行液体火箭发射以来,火箭发动机的研制一直是基于工程原理的试验和错误。在战前,个人和小团体不断地修补了火箭发动机的设计理念,慢慢改善他们的性能和可靠性。然而,到了20世纪30年代末,火箭技术发展到了令军事,尤其是德国感兴趣的地步。

最终成就这个政府资助的发展项目是A-4火箭更广为人知的V-2。可以投掷一吨炸药在300千米的范围内,V2是火箭技术的一个飞跃。虽然V-2不能扭转德国失败的命运在二战的最后几个月,它将成为火箭技术推动的基石

在缴获的V-2火箭被送到美国学习第二次世界大战后,美国火箭发动机相对温和的大小不超过几个千牛推力。该泵压式火箭发动机烧酒精和液氧产生前所未有的265千牛推力。缴获的V-2硬件将作为在美国发展所有后续的大型火箭发动机

发展大型火箭发动机的另一个重要发明是北美航空。1951年与美军的北美工作已建成350千牛顿A-1发动机功率第一战术弹道导弹在美国部署–红而红石和发动机的高度提高版本的V-2建立美国的设计标准,更大的发动机所需的电源远程导弹的军队对他们的绘图板。为了处理这些新电厂的发展,北美形成洛克达分1955(这在过去的十年,一系列的企业销售和并购现在是Aerojet公司洛克达部分)。

洛克达的第一次飞跃v-2-class火箭发动机是xlr89。构建学习与V-2和红石的教训,三这些引擎使用的纳瓦霍超音速巡航导弹的火箭助推器。产生600千牛,xlr89是当时最强大的引擎

火箭第一代发达发动机是由美国阿特拉斯洲际弹道导弹。这些新引擎不像早期的大发动机那样使用酒精,而是与液氧一起燃烧煤油。668千牛顿引擎类似的设计称为MB-3和S-3D,分别。这两枚导弹最终将成为1958年初美国早期运载火箭的第一阶段。

而Rocketdyne正忙着研究更大的火箭发动机,没有一个单一的发电厂与洲际弹道导弹所需的推力是可用的。借鉴Navaho的经验,洛克达想出阿特拉斯屈服所需的1600千牛顿起飞推力的创新引擎概念。指定的MA-3,它包括一对lr89增压发动机类似洛克达的中程弹道导弹发动机产生667千每牛。这些起飞后不久当他们不再需要。缩小设计高空操作叫做用LR105担任主发动机优化

Rocketdyne并不是唯一的美国公司开发大型火箭发动机在这个时候。作为一个备份的创新阿特拉斯MA-3电厂,美国空军批准了泰洲际弹道导弹的发展提供了一个更传统的设计阶段。喷气发动机一般具有探空火箭和一些早期的运载火箭的上面级火箭发动机小了,拿到泰坦合同制造发动机。泰坦II,不像它的前辈,用可自燃推进剂点燃接触。在第一阶段的lr-87双室共产生1900千牛升空。单室lr-91,这是改编自高空使用lr-87供电设计,土卫六的第二阶段和在高空产生445千牛。阿特拉斯和土卫二将被用作运载火箭,包括水星和双子座载人飞船计划。

虽然阿特拉斯在1960部署时几乎是一种武器,但在上阶段使用时,它被证明是一种优秀的卫星运载工具。对阿特拉斯的改进包括使用更强大的推进系统在发射马五产生1869千牛。雷神也被修改为更好地作为运载火箭,包括在其最持久的角色,作为第一阶段的三角洲在1960开始。像所有的雷神运载火箭的基础,三角洲将继续为未来14年的MB-3使用。

虽然Jupiter被淘汰,作为武器,在1960年代早期的运载火箭,它的发动机是由洛克达S-3D大大简化工程师1959生产H-1。一簇八h-1引擎,最终共生产7300千牛 长系列的设计改进后,后来洛克达的经验来最强大的火箭发动机由美国飞机制造:F-1产生6675千牛

更强大的第一级发动机可以转化为更大的有效载荷,上层发动机的性能可以有更大的影响。今天使用的终极推进组合是液氢和液氧,它几乎是大多数常规推进剂的两倍质量。第一个引擎使用这个强大的低温组合RL-10(这与洛克达2005,合并后现在也Aerojet公司洛克达部分)。基于设计成功测试1957在刘易斯实验室(现在的美国宇航局格伦研究中心)、一双RL-10发动机产生约67千牛每被用在高性能的阶段。第一次成功飞行在1963阿特拉斯,已经超过双性能的任何其他任务上阶段到高轨道或超越地球。

RL-10发动机也采用由NASA的土星的第二阶段,我开始在1964。尽管他们的表现,在更大的火箭RL-10是实际使用太小。美国航空航天局洛克达合同建立更强大的890千牛顿J-2发动机。一个字是用来对土星的改进的第二阶段IB首飞1966。同一阶段也被用作土星V也采用了集群在其第二阶段五J-2发动机第三阶段。高性能的2在土星V上使用阶段帮助火箭前所未有的有效载荷能力。

在这个时代,在低温火箭发动机发展的最终成果是洛克达的航天飞机主发动机SSME(今天称为RS-25)。发展从1971开始,一样的工作在更高的温度和压力比任何其他引擎发动机飞行都有效。可节流和生产2278千牛每三这些引擎是由已经退休的航天飞机的使用。而一对可回收的固体火箭助推器做大部分的工作,把航天飞机从发射台,高效能系统提供了大部分的能量去实现轨道。

在美国,火箭发动机的发展通常依赖于使用特定火箭的发展。一个稳定成熟的运载火箭设计在上世纪60年代中期建立,空间规划更倾向于提高性能而不是设计新的火箭开始进行增量式的改进。在许多以雷神为基础的运载火箭,特别是三角洲,越来越多的强大的固体火箭助推器,加上伸展的上层被用来逐步提高性能。

在泰坦火箭家族中,固体助推器的使用被极端化了。1965、一对120英寸的固体火箭助推器,连接到修改后的泰坦II核心产生第一个泰坦IIIC翻两番的过程中其轨道有效载荷能力(。在接下来的三年,泰坦核心被拉长了,再慢慢增加助推器连接在泰坦III的连续版本的性能和后来的泰坦即便半人马是适用于Titan IIIE最终泰坦IV进一步提高其有效载荷能力。

但在70年代和80年代,对阿特拉斯、德尔塔和泰坦所使用的液体火箭发动机进行了细微的改进,以提高性能、可靠性和可制造性。1974介绍了rs-27洛克达取代老化MB-3三角洲。将古老的MB-3和H-1设计组件的rs-27只是一个现代化版本用于两年相同的基本设计。但随着航天飞机替换所有的运载火箭计划(汽车)在上世纪80年代,有一点需要看到发展的新引擎。

在1986的挑战者号事故之后,完全依靠航天飞机发射服务的愚蠢行为终于实现了。其结果是,美国开始开发更先进的现有运载火箭的设计以及火箭发动机来驱动它们。德尔塔II和III(前仍飞今天)使用改进的rs-27a引擎。从1991开始,阿特拉斯二世的升级ma-5a,马五原ylr89助推器与一对rs-27推力室的更换。俄罗斯发动机制造商普惠发展与俄罗斯RD-180(来自俄罗斯RD-170的权力,泽尼特和退休的能源助推器)在大阿特拉斯III引入2000个取代ma-5a。燃烧的煤油和液氧和节流能力建,两室RD-180可以产生高达3800千牛。同一引擎仍在阿特拉斯V中使用,并成为近年来争议不断的来源。

由于SSME是洛克达的RS-68开发了第一个全新的大型液体火箭发动机。燃烧液氢和液氧产生3314千牛,从开始设计到最小的制造成本这个引擎。93%部分的RS-68比有些少,一直标榜提供每美元比其他火箭发动机推力更大。的RS-68已经自从在2003中使用的德尔塔IV火箭家族的第一阶段。

由于半人马甚至在飞机时代有作用,普惠持续升级RL-10满足新的需求在过去几年。作为一个飞行的阿特拉斯V上一阶段通常使用一个单一的rl-10a4-2引擎半人马的最新版本

虽然已经有一些火箭发动机的开发和测试,在各种大型运载火箭的概念在过去的几十年中,这种趋势已经使用旧引擎的进化升级(如SLS RS-25 / SSME)或廉价的俄罗斯制造的发动机在发射车如阿特拉斯V,前面所提到的,和轨道科学的心宿二。这一趋势以及一系列的公司之间的合并,结合近十年原美国三大发动机制造商为一个单一的公司,在Aerojet公司洛克达,以及大型运载火箭的一个主要的制造商,联合发射同盟(ULA),开发新的发动机和运载火箭希望几十年前突然放缓。航天飞机退役后继续发展不确定和缺乏适当发展重型火箭的充足资金,只加剧了这一问题。这使美国在与那个国家的关系日益紧张的时候,危险地依赖俄罗斯。唯一的例外是开发廉价的默林系列发动机的SpaceX公司用于他们负担得起的猎鹰火箭家族和蓝色起源的发动机被认为是未来运载火箭系列。只有时间才能证明美国火箭发动机的发展曾经是这个国家的骄傲。

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