前不久一张对比图在外网直接炸锅,左边是中国天兵科技的天火21发动机规划,右边是SpaceX的成熟产品猛禽3,俩发动机的海平面推力几乎一模一样,差了才2千牛,说参数撞脸都不为过。没几个小时,马斯克亲自跑来留言,一句话直接冲上了航天圈热搜。
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马斯克原话是,不建议新公司硬搞猛禽3级别产品,看着外表简单干净,其实内部几何结构特别复杂,只有经过高度改装的金属3D打印才能生产出来。这话出来之后,好多人都解读成马斯克公然“劝退”中国私营航天,这事真的是这么回事吗,背后的难度到底有多大?
这次曝光的图不是天兵官方主动放的,是一个关注中国航天的海外账号发出来的,只是单纯摆了个对比。让这张图大范围传开的,是美国资深航天编辑,这位还写过SpaceX的传记,他转发的时候特意评论说,中国私营航天可不是闹着玩的,之后马斯克才留下了那句回复。
天火21目前还停留在规划阶段,公布的只有目标参数,用液氧甲烷推进剂,全流量补燃闭式循环,海平面推力2450千牛,推力可以在50%到110%之间调节。但是试车进度、发动机重量、推重比这些核心数据,都还没有对外公布。
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猛禽3可是已经装机跟着星舰飞上天的成品,海平面推力2452千牛,和天火21的规划推力差不了多少,重量却只有1525千克,推重比超过180,比上一代猛禽2轻了一百多公斤,性能提升不是一星半点。火箭多一公斤重量都要扣运力,这个差距一眼就能看出来。
要说难度,得从全流量补燃循环这个技术路线本身说起。液体火箭发动机要靠涡轮泵把推进剂压进燃烧室,普通的补燃循环只有一个预燃室,烧一小部分推进剂带动涡轮就够了。全流量循环要配两个预燃室,一个烧富燃混合气驱动燃料泵,一个烧富氧混合气驱动氧泵。
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所有推进剂都要先流过涡轮,最后才进入主燃烧室,好处是涡轮泵热负荷小,寿命和效率都更高,特别适合重复使用火箭。坏处就是门槛高到吓人,两套轴系两套泵还有密封,协调起来难度翻番,启动时序错了点不着火,节流的时候配合不好直接出问题。
富燃一侧容易积碳堵管路,富氧一侧更头疼,高温高压的纯氧会直接侵蚀金属,搞不好就烧穿出事。这个问题还得两个一起解决,半点偷懒都不行。放到全世界来看,真正把全流量循环发动机搞上天的,也就只有SpaceX的猛禽系列。
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苏联早在上世纪六十年代就搞过同路线的RD-270,推力指标很漂亮,最后栽在燃烧不稳定和超长研制周期上,项目直接下马,一次都没有成功入轨过。直到现在,全流量循环的不少难点还都是行业公认的硬骨头。
马斯克提到的高度改装3D打印,真不是故意抬高门槛瞎忽悠。富氧环境下,哪怕是微小的颗粒碰撞都有可能点燃金属,解决办法要么放大部件间隙牺牲性能,要么靠特殊3D打印打出耐氧材料,再配上特制的防氧化涂层。
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设备花钱就能买到,但是激光参数怎么调,粉末配方怎么定,涂层工艺怎么改,这些都是一次次烧炉试出来的经验,花钱都买不到,只能自己一步步趟。SpaceX能说这话,本身就是拿无数爆炸换出来的底气。
猛禽2012年立项,足足等了七年才第一次推着试验平台飞离地面,首台样机直接炸在了试验场。后来星舰研发阶段,SN8到SN11四个原型机接连炸毁,首飞炸,第八次试飞还是出了猛禽发动机故障。
截至去年十月,猛禽2累计试车超过22万秒,猛禽3也累计试车超过4万秒,前后生产了六百多台,这些堆出来的试车时长,就是最硬的底气。差距这点没必要藏着掖着,人家几十年的积累摆在那,我们确实还有很长的路要走。
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也有业内人分析,马斯克这个时候出来发言,也有抬高自家技术门槛,给市场留下“只有我能做”印象的考量。不管他真实用意是什么,这个工程难度是实打实的,是SpaceX炸了无数次验证出来的。
但你说一句劝退就能拦住人?国内几家私营航天早就迈开步子了。今年年初,星梭科技猛犸一号的富氧预燃室已经成功点火,前后试了几十次。五月份火圣宇航的缩比富氧预燃室,跑完了100秒长程热试车,没有泄漏没有烧蚀没有异常振动,年底就计划完成整机总装。
蓝箭航天的蓝焱发动机也完成了50%工况的点火测试,最难啃的富氧预燃室这块骨头,国内已经有好几家咬下来了。天兵科技自己也没闲着,天龙三号首飞失利之后,九十月份就完成了故障归零,遥二火箭已经完成总装测试,就等四季度择机复飞。
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天兵的设计师也说了,不会为了提高单次成功率就主动降低火箭性能,该冲还是要冲。现在摆开了看,推力参数差了不到2千牛,看着几乎一样,可参数之外的差距确实明明白白。
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马斯克说难度大,那这个难度确实是真的。可劝退就劝得住吗?国内的队伍都已经上路了,最难的关已经闯了一半,该试车试车该总装总装,一句话哪拦得住想要往前走的人。
参考资料:
澎湃新闻 天兵科技公布天龙三号首飞失利原因,完成归零并准备复飞
东方财富 火箭发动机行业词条报告
同花顺财经 天龙三号归零完成,天兵科技如何跨过复飞门槛
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