運作原理:最強大的太空火箭 運作原理:最強大的太空火箭

運作原理:最強大的太空火箭

運作原理:最強大的太空火箭

今年晚些時候,當SpaceX公司發射其獵鷹重型火箭進入太空時,它將成為世界上威力最強大的火箭。此前,只有NASA的土星五號火箭(曾經將美國人送上月球)的推力超過了它。

在火箭領域,衡量動力的最重要指標是推力。獵鷹重型火箭的27台助推發動機總共產生380萬磅的推力,足以將這枚重達310萬磅的火箭及其11.7萬磅的有效載荷送入近地軌道。這枚火箭的成功對於SpaceX公司和美國太空計畫都至關重要:美國空軍已經委託SpaceX公司及其獵鷹重型火箭在2015年將兩顆衛星送入軌道。

太空火箭
尼克·卡洛特拉基斯

1)引擎總成
太空船的三個核心級(或稱為助推器)底部各安裝了九台SpaceX Merlin 1D引擎。這些引擎與SpaceX獵鷹9號火箭上的引擎完全相同。

2)第一級:三個火箭核心
獵鷹重型火箭的第一級由三個核心級組成。起飛時,三個核心級同時工作。飛行約2分45秒後,中央核心級推力減小,而兩側核心級則繼續全速運轉,直到燃料即將耗盡。此時,氣動分離器會釋放兩側核心級,使其墜入海洋,而中央核心級則開始加速運轉。

3)中心核心
對於超過10萬磅的有效載荷,獵鷹重型火箭採用交叉供油系統,將燃料從側助推器輸送到中心助推器,這樣在側助推器分離後,中心助推器幾乎仍能保持滿載燃料。最終,中心助推器的能量相當於一枚已經升空的獵鷹9號火箭。

4)燃料箱
每個核心頂部的液態氧罐透過中心管向引擎供氧;罐的下部裝有火箭級煤油。推進劑由渦輪泵送入每個梅林發動機的噴射器,在那裡混合後送入燃燒室。

5)第二階段
第二級由一台經過改造以適應太空真空環境的梅林1D引擎提供動力,負責將有效載荷送入軌道。這具引擎可根據需要關閉和重新點火,使獵鷹重型火箭能夠將多個有效載荷送入不同的軌道。

6)整流罩
獵鷹重型火箭可以攜帶「龍」飛船(SpaceX的自由飛行飛船,目前用於為國際太空站補給)或重達117,000磅的有效載荷(例如多顆軍用和商用衛星),這些有效載荷被包裹在一個長45英尺、直徑17英尺的整流罩內。整流罩由兩個蛤殼狀的半殼組成,內部是鋁蜂巢芯材和碳纖維面板。當第二級接近預定軌道時,氣動推進器會將這兩個半殼分開,從而釋放出有效載荷。

7)梅林1D發動機
單一 Merlin 1D 引擎在海平面可產生 147,000 磅的推力,它燃燒火箭級煤油和液態氧,燃料由渦輪泵輸送至燃燒室。獵鷹重型火箭的液體推進劑比固體燃料更具優勢:液體燃料發動機可以在飛行中停止和重新啟動,而固體燃料發動機則會一直燃燒直至耗盡。透過 SpaceX 不願公開的專有技術改進,工程師最近減輕了引擎的重量,提高了其效率,使其成為有史以來效率最高的火箭助推器引擎。

paceX 獵鷹重型火箭
尼克·卡洛特拉基斯

發佈時間表

T – 3:00:00
獵鷹重型火箭已在卡納維爾角的發射台上準備就緒。工程師正在調整發射時間,以實現最佳飛行軌跡和預定軌道。

T – 0:10:30
倒數計時開始。從現在開始的所有行動都已預先設定,但任務控制中心可以隨時中止任務。

T – 0:02:30
發射指揮官發出最終發射指令。

T – 0:00:40
推進劑儲槽處於加壓狀態。

T – 0:00:03
第一級引擎點火。

0:00:00
火箭機載計算機發出指令,釋放發射架。發射升空。

T + 0:01:25
火箭達到最大氣動壓力;機械應力達到峰值。

T + 0:02:45
火箭現在已經燃燒了足夠的燃料(從而減少了質量),中心核心引擎可以降低功率。

T + 0:03:00
兩側核心分離並落入海洋,而中心核心的九台梅林發動機繼續燃燒約 30 秒。

T + 0:03:30
第二級與剩餘的第一級核心零件分離。第二級引擎點火並繼續飛向軌道。

T + 10-20 分鐘
當火箭接近預定軌道時,整流罩的兩半會打開並脫落。到達預定位置後,有效載荷會與第二級火箭分離。整流罩和第二級火箭最終都會落回地球。

統計數據

總推力: 380萬磅
最大有效載荷: 117,000磅
引擎數量: 28台
整流罩尺寸:長 45 英尺,寬 17 英尺(直徑)

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