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中国新固体火箭发动机推力500吨,美国火箭1500吨,哪个更强?

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中国新研制出了500吨推力的固体火箭发动机,有媒体称它是“世界最大推力”的固体火箭发动机,这引起一些朋友的异议:美国航天飞机的两个助推器SRB就是固体火箭发动机,单枚海平面推力1270吨,最大推力达1500吨,怎么能说我们的最大呢?

还有人说,印度的极地卫星运载火箭PSLV在1994年成功发射,它的第一级用的就是直径2.8米固体火箭,推力也达到494吨。


中国500吨推力固体火箭发动机试验成功

固体火箭的出现比液体火箭早很多,这可真是我们的老祖宗第一个发明。中国四大发明中的一项就是黑火药,它是混合了木炭粉、硫磺和硝酸钾的黑色粉末,点火即迅速燃烧。到了宋代,人们用黑火药作为推进剂做出了第一代固体火箭,今天孩子们过年玩的二踢脚就是古代固体火箭的缩小版。

二踢脚通常有两种玩法,胆儿小的放在地面点火,胆大的拿在手上,另一只手点燃引线。与其它鞭炮不同,二踢脚的引线通常从侧面引出,点着之后,燃烧的火药气体先从底部猛烈喷出,通过反作用力将鞭炮推到高空,紧接着鞭炮上端的火药被引燃,发出“啪”的一声。


二踢脚就是微型固体火箭

二踢脚像一枚小小的火箭,它的下半部分就是最原始的固体火箭发动机。

相较于液体火箭发动机,固体火箭具有结构简单、推力强大的特点,因此被业余火箭爱好者广泛使用。许多模型火箭、科学探空火箭大多采用固体火箭发动机。


固体火药燃烧喷出气体产生推力

液体火箭发动机不包括燃料,固体火箭发动机不同,它一定包含了固体燃料、装燃料的壳体、喷嘴和点火装置,实际上除了控制部分外它看起来就是一枚火箭。

决定固体火箭发动机推力大小的因素包括喷口设计、燃料种类,以及装燃料腔室的大小。液体火箭的化学反应过程是在发动机的燃烧室里完成,固体火箭却是在它的燃料箱里,你的火箭越粗,就越可能获得更大推力。


液体火箭与固体火箭的区别

由于液体火箭的化学反应主要在它的发动机燃烧室里,火箭外壳主要起一个包络作用,所以它可以采用铝合金或其它轻质材料的薄壁结构。固体火箭的燃烧主要在它的箭体燃料舱里,要想获得更大推力,燃料舱内部的压力必然巨大,甚至会爆裂开来。所以固体火箭的外壳要非常坚固,大多采用钢筒,并且它的内壁还要有一层耐高温的抗烧蚀材料,这样一来就造成了固体火箭的死重很大。

美国航天飞机助推火箭装了500吨推进剂,但总质量达591吨,空重91吨,占比15.4%;印度PSLV第一级携带138吨推进剂,空重达30.2吨,占比18%。这两型火箭全部采用了高强度合金钢筒做外壳。


美国航天飞机助推火箭与印度PSLV第一级

细心的你肯定注意到一个细节:美印这两型火箭它实际是分节的。

美国SRB助推火箭由7个部分构成,外径达3.71米,其中有4段是装填了燃料的增压器。我们在前边说了,固体火箭的内部腔室越大,同时参与燃烧的推进剂越多,它的内部压力就越大,获得的推力也就更大。


美国SRB有4个增压器

航天飞机助推火箭的直径更大,同时也因为它把4个增压器摞了起来,这样就得到了远超过单台发动机的推力值。在哥伦比亚号航天飞机2003年坠毁之前,NASA曾经计划把SRB火箭再加一个增加器,由4个变成5个,这样两枚火箭就能多带9.1吨的货,但最后没能实施。美国新的空间发射系统(SLS)再次把这个设计捡起来,所以我们接下来可以看到5段固体助推火箭发射升空,并且由于不考虑回收,自重更轻,它的推力会比之前4段火箭增加25%。


SLS火箭的助推器使用5段增加器

我没有找到美国SRB火箭单个发动机的最大推力值(不能简单做除法),从4节海平面总推力1270吨算,其单节最大推力应该不超过500吨。中国新固体火箭发动机直径3.5米,比美国SRB的3.71米细,因此将500吨的推力值称为“整体式全球最大”也不算吹牛。


中国500吨级固体火箭发动机

固体火箭发动机的一个优点就是它可以通过添加新分段来增加推力,所有国家的火箭设计师都知道应该怎么做,航天科技四院已经基于500吨推力的固体发动机开展了5分段火箭的研究。由于我们的固体火箭外壳采用碳纤维材料,它比钢轻并且强度更高,因此相信新的火箭超过千吨推力是完全没有问题的。

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