2024-11-17 23:55:11
分类：知识
阅读(87)
在阅读此文前
，火箭麻烦您点击一下“关注” ，单发达亿既方便您进行讨论与分享
，价格节约
又给您带来不一样的美元参与感 ，感谢您的中国支持 。现如今 ，射次火箭作为一种常见的为何发射运载工具，对于航空航天有着重要的才能成本意义 。经过几十年的火箭发展 ，一些早就拥有火箭发射技术的单发达亿国家相关技术已经非常成熟 ，于是价格节约开始寻求新的突破 。作为一种运载工具 ，美元火箭发射成本很高
，中国但只能单次使用
，射次能回收的为何部分极为有限
，因此许多国家开始寻求新的替代品
，提出了空天飞机的构想
。而在这一构想的实施方面 ，最为瞩目的便是美国和中国。从火箭到空天飞机火箭的发展史最早可以追溯到10世纪，那个时候火箭是作为一种战争中使用的发射类武器而使用的，之后经过多次改良
，威力愈加强大 。直到20世纪初，才有科学家提出
，
似乎可以通过相同的原理制作进入太空的飞行器 ，之后就是不断的实验与改进的循环 。二战中 ，德国使用的V-2液体火箭 ，造成了极大的破坏 ，这让各国纷纷开始重视起来。战争结束后，有能力的国家纷纷投入了对火箭的研究 。同时 ，经过进一步的研究 ，火箭的用途也不再只局限于战争领域 ，而是被开拓出了大气探测和物体运载等功能
。单级火箭要达到逃逸速度难度较大
，所以目前的火箭一般是多级火箭 ，有2~4级 。火箭的成本有高有低，像之前曾经在电商平台上出现过的快舟火箭
，最终售价是4000万
，不过这种商业火箭并不能执行太空任务
。由国家组织发射的火箭成本一般在1.5亿美元左右 ，单发火箭最高成本甚至可以达到64亿美元
。我国的火箭成本由于是批量研发，所以相对来说比较便宜 ，平均发射价格大约在6000万美元。虽然一个6000万美元对整个国家来说不算什么 ，但是要知道 ，我国每年可不是只发射一艘火箭 。2021年我国火箭发射55次 ，2022年发射了64次 ，整体算下来是一笔非常庞大的支出 。为了节省开支 ，许多国家也在研究火箭回收的相关技术 。但是直到目前也只有美国的Space X成功进行过火箭回收 。这一技术对于火箭的芯级推重比的计算要求可谓苛刻，数据失误会大幅度的降低火箭运载能力 ，从而导致发射失败 。我国在这方面的研究虽然小有突破 ，但技术尚不成熟。所以，在绝大多数情况下
，火箭的发射运载都是一次性的 ，成本太高
，于是许多国家就在考虑研发一种能够重复使用的飞行器。这一想法的第一个成果就是航天飞机
，将飞机通过火箭运出去 ，完成任务后由宇航员操控飞机折返 。美国在这一领域成果斐然。不过航天飞机在投入不久之后 ，就暴露出了许多问题
。一方面由于技术问题 ，航天飞机风险极大，美国所研制的5架航天飞机中
，有2架在任务过程中发生爆炸 ，造成了14名宇航员死亡
。另一方面该机型本是为了降低成本，但由于技术难度和任务难度大
，零件损耗快
，每执行一次任务成本大约在5亿美元 ，并没有达到预期效果。于是，这一项目在2010年完全终止。后来人们又研究出了一种新的发射方式
，那就是空天飞机
。当然直到目前为止
，这些想法还仅仅停留在理论层面
，尚未实现真正意义上的成功
。在人们的设想中 ，空天飞机可以以水平方式起降 ，同时会利用大气中的氧气作为助燃剂
，携带的燃料也更少 ，任务完成后还能实现完全的回收 ，极大降低了发射成本 。相对的 ，空天飞机的设计要求也非常严格
。首先
，飞机从地面起飞 ，所以机身系统要适应低空飞行的节奏；之后 ，飞机要继续向上，脱离地球 ，中间也有很长一段距离
，所以其动力系统也要适应高空飞行；最后
，空天飞机可能需要在太空完成工作任务 ，所以也要考虑对太空环境的适应性。这就要求飞机发动机能够适应在不同环境不同压力下的工作需求 。但目前市面上所有的发动机都无法达到这一要求 。科学家们提出的设想是超燃冲压发动机
，将多种发动机组合应对不同的需求。但这一构想的实现
，无论是在技术层面还是安全层面都还需要再进行实验调整 。另外一个重要的问题是
，如此长时间的航行，根据能量守恒的原理，燃烧燃料以及产生的动能会转化成热量，这就意味着空天飞机的材料必须具有极好的耐热性 。目前 ，航空中所用的隔热瓦温度极限一般在2000度左右 。但是空天飞机的速度要达到20~30马赫
，也就是其每小时的速度要达到24000~36000千米。在这个速度下 ，飞机所需的隔热材料至少要能够抵抗3000℃以上的高温。目前有报道透露出我国似乎已经研究出了完全符合要求的材料
，正在实验应用阶段 。为了模拟太空环境 ，我们甚至花费搭架前专门搞了一个场所模拟热环境 。通过风动实验，人工控制气流速度，飞机在风洞中模拟飞行 ，检测飞机各部件的性能 。由我国所建立的热环境模拟是目前最接近太空真实情况的实验项目
，我国飞行器的防热考核试验技术在世界也是名列前茅
。总的来说 ，各个国家虽然在空天飞机的研究方面都有不同程度的成就 ，但是基于该项目的重要性
，大家都不会把这些技术拿出来分享
。而空天飞机最为核心的发射问题 ，目前的普遍设想是利用电磁推射 ，但该技术的真正落地实现却并不容易 。电磁推射技术往常为火箭动力系统供能的大多是化学燃料 ，污染重，成本高 ，能量转换效率低 。为了实现低成本、高效率的航天发射
，人们开始尝试对电磁发射技术进行改造 。电磁发射在其他领域早有应用 ，比如航空母舰上对舰载机的电磁弹射技术 。电磁发射实际上就是闭合的电路形成磁场 ，电流短时间内增大，产生了巨大的推力 。这一技术在发射一些质量较小的航天器时可以单独使用 ，但对于大质量的航天器就要配合其他动力系统一起使用 。电磁推射系统实际上就是承担了第一推力的作用，可以看作是火箭分离下来的第1级推力系统 。相对于普通的火箭发射系统 ，电磁推射可以反复使用 ，而作为一级固定在地面的推力系统 ，它又减少了飞行器的重量和燃料 ，能降低20%的燃料成本 。而这一技术为目前研究面临着许多问题 ，首先是速度极限于人类承载极限的问题 。电磁推射速度最快能达到每秒钟8000米 ，相当于23倍多的音速了 。但是如果达到这样的加速度 ，人体所需要承受的重力是3200G 。宇航员飞往太空所承受的压力极限是8~9G这个 ，这差不多就是人体的极限了 。如果以人体极限倒推回去，那么电磁推射的极限速度应该是每秒420米左右
。再加上空天飞机的重量 ，空重在60~80吨 ，起飞重量在100吨以上 。而为了尽可能的减小阻力
，发射地点一般会选在低纬度 、高海拔的地区 。低纬度受地球自转影响较小 ，海拔高气压较小 ，这样的选址可以最大限度利用自然条件
。为了实现平稳起飞，铺设的飞机跑道至少要几千米。而因为巨大的加速度一点误差都会产生难以估量的影响 ，所以路面必须尽可能平整
。也就是说 ，要在高原山地地区铺设一条完全平坦的几千米的跑道
，这样的工程即便是“基建狂魔”也需要花费很大的精力 。同时这一系统建成后为可能产生许多问题。空天飞机的推射是一个逐渐加速的过程 ，在速度达到0.9马赫的时候 ，飞机局部受到的空气阻碍会大幅度增加，导致飞机附近气流紊乱 ，有坠毁风险 。而超音速的飞行也会使飞机表面温度急剧上升 ，对材料的耐热性也是极大的考验 。对于空天飞机来说
，表层材料耐热至少要达到1440度以上 。目前这方面的技术美国还是比较领先的，比如空天飞机X37B ，航空母舰上的电磁弹射器 ，以及正在实验中的电磁推射器
。不过中国也有自己的研究成果 ，比如神龙空天飞机，而我们的福建号航母也用上了电磁弹射器 ，另外我国在超燃冲压发动机方面也有所突破 。依照目前成果来看 ，两者之间很难论一个高下 。随着科技的发展，人们的眼光早就转向了太空 。美国作为科技强国
，在航空领域的发展可谓是一骑绝尘 ，紧随其后的是西方各发达国家 。不过
，近些年来随着中国在科技方面的大量投入以及科教兴国的国策指引 ，中国在航空航天方面也取得了不凡的成就 。于是
，人们常常将“老牌强国”美国与“后起之秀”中国放在一起对比 。无论这样的对比是出于什么目的 ，我们唯一要做的就是专注自身的发展。我们一起努力要实现的目标
，不是超越，而是探索 。好了 ，本期内容到这里就结束了 ，看完这期别忘了给我们点赞
，关注和转发 。谢谢您的支持 ，下期更精彩！
西风红辰网
