🚀 2023甲烷火箭元年 為什麼甲烷引擎火箭這麼火? SpaceX星艦預計年初試飛❗️| 藍色起源 | 獵鷹9號火箭 | 1/18【馬克時空】

馬克時空 Mark Space
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2023年一開年,SpaceX已經馬不停蹄連續多次發射了,我想今年獵鷹9號和獵鷹重型火箭,還會繼續高歌猛進,可能會打破2022年的61次發射紀錄!不過,我覺得2023年的最大看點,應該是甲烷引擎火箭,可以說2023年將是甲烷火箭元年。
00:00 2023甲烷火箭元年
01:13 甲烷引擎火箭現在為什麼這麼火
04:35 三種甲烷引擎 三種技術水平
07:49 藍色起源已經交付BE-4 年內或將試飛
11:24 SpaceX預計春天試飛星艦
#甲烷火箭 #SpaceX #星艦 #藍色起源 #甲烷引擎火箭 #獵鷹9號 #航天 #馬克時空
🚀甲烷引擎火箭現在為什麼這麼火
為什麼以前不用甲烷來做火箭推進劑,現在突然想起來用甲烷了呢?不是以前沒想到,而是未來完全回收複用火箭的需要。也就是火箭的使用方式變了,那麼推進劑也得相應跟著變。
🚀三種甲烷引擎 三種技術水平
目前已經進入實際飛行水平的甲烷火箭引擎有三種,一種是SpaceX的猛禽引擎,一種是藍色起源的BE-4,還有一種是藍箭航天的天鵲引擎。
🚀藍色起源已經交付BE-4 年內或將試飛
新格倫火箭第一級採用7台BE-4引擎,最早計劃在2020年首飛,但由於BE-4的拖延和產能不足,這個計劃已經延期到2023年底或2024年。
🚀SpaceX預計春天試飛星艦
地球上最大的火箭——星艦,可能在今年春天就可以試飛了!SpaceX創辦人兼首席執行官馬斯克1月7日在推特上說:「我們在2月底真的有機會(發射)。3月份的發射嘗試看來(也)非常有可能。」
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哈嘍大家好
我是馬克
歡迎回到馬克時空
2023年一開年
SpaceX已經馬不停蹄的連續多次發射了
我想今年零零九號和零重型火箭還會繼續高歌猛進
甚至可能會打破2022年的61次發射記錄
上看一百次
不過2023年的最大看點應該是甲烷引擎火箭
也就是燒液化天然氣的火箭
可以說2023年將是甲烷火箭元年
採用液氧甲烷引擎的運載火箭
在2023年將紛紛登場
包括SpaceX的星艦
UALA的火神半人馬座火箭
藍色起源的星格倫火箭
還有藍艦航天的朱雀二號
我一直都關注着SpaceX星艦的發展
說的也比較多了
其實我也很關心藍色起源的B14引擎的發展
只是因爲它的消息比較少
我也就很少說
中國的朱雀二號火箭也採用了甲烷引擎
在2022年12月14號
挑戰世界首次甲烷火箭的發射
不過遺憾的是最後還是失敗了
爲什麼以前不用甲烷來做火箭推進劑
現在突然想起來用甲烷了呢
不是以前沒想到
而是未來完全回收複用火箭的需要
也就是火箭的使用方式變了
那麼推進劑也得相應跟着變
大家知道運載火箭既要帶燃料
又要帶氧化劑
上個世紀的50到70年代
是美蘇太空競爭最激烈的時期
液體火箭引擎也在那個時期
飛速發展逐漸成熟
基本確定了氧化劑燃料的組合
從最初有毒的四氧化二氮和錦類
逐漸進化到目前主流的
液氧和煤油與液氧和液氫
甲烷的比重並不高
介於氫氣和煤油之間
更接近於煤油
早期低溫儲運技術還不成熟
所以說先用了常溫穩定的
四氧化二氮和錦類
然後才過渡到低溫的液氧和煤油
爲了追求更高性能
就選擇了更低溫度的液氧和液氫
從SpaceX開始回收複用
009號火箭以來
以低廉的成本和極高的可靠性
顛覆了航天領域
而火箭複用最難
也就是最關鍵的就是引擎部分了
以前的火箭引擎
都是爲了一次性使用而設計的
只需要工作幾分鐘
本體壽命很短
如果要重複使用十幾次
或者是更多次
就要重新設計專門的引擎
SpaceX在009號的梅林引擎
獲得成功之後
就開始考慮載人星際旅行的航天器了
另外爲了構建更龐大的星鏈計劃
也需要運力更大的火箭
這就是星艦了
因爲需要快速重複使用
這種使用方式是液氧煤油無法做到的
只能另闢蹊徑
因爲煤油在預燃時進行復燃燃燒時
會產生煤煙
在高壓下有嚴重的積碳結焦問題
會阻塞燃料噴口
復燃燃燒就是燃料多於氧氣
進行不完全燃燒
這樣預燃室的溫度會比較低
所以煤磷引擎採用了燃氣發生器循環方式
就是爲了避免積碳結焦的問題
但這種簡單循環方式
無法獲得更高的燃燒室壓力
煤磷異地的燃燒室壓力只有67.78
也就是67.7個大氣壓
無法獲得更高的推力和推重比
如果採用俄羅斯擅長的復氧預燃的話
渦輪要承受數千度的高溫
結構複雜使用壽命也不長
液氧液氫的組合沒有積碳問題
而且比重高
但是液氫溫度極低
只有零下253攝氏度
儲蘊困難非常不穩定
而且氫氣分子很小
在高壓下不泄露幾乎不可能
現在只能用高壓惰性氣體來保護
這些都增加了系統的複雜性
當然會增加重量和成本
所以氫氧引擎都貴的驚人
動輒數千萬美元一臺
航天飛機的氫氧引擎雖然也可以複用
但修復費用巨大反而更不經濟了
於是甲烷這種比衝介於煤油和氫氣之間的氣體
又沒有積碳問題
還有導熱性好
容易多次啓動和變推力調節的優點
就成了不二的選擇
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下面數位正傳
目前已經進入實際飛行水平的甲烷火箭引擎有三種
一種是SpaceX的猛禽引擎
一種是藍色起源的B14
還有一種是藍艦航天的天鵲引擎
從海平面的推力來看
第二代猛禽引擎的推力有250噸
B14推力有245噸
天鵲引擎是76噸
從工作原理來看
猛禽引擎採用了最複雜的全流量分級燃燒循環模式
B14則是負氧分級燃燒循環模式
天鵲引擎是相對簡單的燃氣發生器模式
火箭主引擎因爲推力大
工作時間短
基本上都採用了分級燃燒循環模式
分級燃燒循環又分爲開放式的燃氣發生器循環
B式的分級燃燒循環和全流量分級燃燒循環
009號使用的梅林引擎就是使用了燃氣發生器循環方式
天鵲引擎也是燃氣發生器循環
而俄羅斯著名的RD-170和RD-180系列
還有B14都是B式的分級燃燒循環方式
猛禽引擎是第一種成功採用全流量分級燃燒循環模式的火箭引擎
前蘇聯和美國都曾經嘗試過這種燃燒模式
雖然都做出了樣機
但是因爲過於複雜而最後放棄了
目前只有SpaceX的猛禽引擎成功使用了這種最複雜的燃燒循環模式
因爲猛禽引擎的燃燒方式最完全
所以說可以產生超高的燃燒室壓力
高達380
甚至在測試中可以達到330瓦
這都是人類有史以來的新記錄
也是世界上最強的火箭引擎
而B14的時壓只有134瓦
還不到猛禽的一半
天鵲引擎的時壓更小
只有101瓦
燃燒室壓力與火箭引擎的推力和推重比都成正比
所以看出猛禽的技術水平最高
B14其次
而天鵲引擎則最簡單
B14是藍色起源公司正在開發的一款
液氧甲烷火箭引擎
最初B14計劃用於藍色起源自己開發的新格倫火箭上
2014年藍色起源又與ULA
也就是聯合發射聯盟達成協議
ULA的火神半人馬座火箭也將使用B14引擎
火神半人馬座火箭從2015年正式公佈以來
開發已經快八年了
第一集採用兩臺B14引擎
使用六枚固體助推火箭時
進地軌道運力高達27噸
不用助推火箭時進地軌道運力只有10.6噸
因爲B14的交付一再推遲
導致首飛也推遲到了2023年
首次試飛將搭載美國商業公司的月球着陸器和兩顆衛星
新國輪火箭的第一集採用了七臺B14引擎
最早計劃在2020年首飛
但由於B14的拖延和產能不足
這個計劃已經延期到了2023年底或者是2024年
新國輪火箭的終極目標是可以回收複用的火箭
但一開始還是一次性的
藍色起源研製火箭引擎的思路與SpaceX不太一樣
SpaceX並行製造了大量不同方案的火箭引擎
通過不斷的設計生產和試驗循環來獲取數據
並反饋到設計中
從來不會等到所有的技術問題全部解決纔開始實驗
而是通過連續不斷的試驗來解決層出不窮的技術問題
藍色起源則更像傳統的火箭引擎研究機構
每一步都穩紮穩打
對技術問題一點一點的突破
試驗中逐漸提高引擎參數
再加上開發新謝伯德火箭佔用了大量的資源
這樣就導致了B14的研發進程進展緩慢
藍色起源從2011年開始祕密研發B14
比猛禽晚了兩年左右
當時藍色起源計劃2017年之前準備好飛行
2015年9月
B14組件已經完成了預燃室燃燒室和噴出器的許多驗證
但就在這一年
引擎在試驗檯發生了爆炸
試驗檯被毀
2018年3月
藍色起源在社交媒體上發佈了B14的試驗視頻
聲稱試驗推力達到了65%的總推力
引擎工作時間114秒
不過一直到2019年8月
B14才進行了首次全推力的熱試車
2020年5月
B14進行了全推力狀態下的8度搖擺試驗
總試車時間累計達到了2500秒
2020年7月
藍色起源宣佈首臺B14的原型機已經交付給了ULA
用於在火神半人馬座火箭人的聯合測試
8月時ULA的首席執行官托里·布魯諾說
第二臺原型機將很快交付
但他也注意到B14的渦輪泵存在問題
藍色起源仍在解決這個問題
他相信這些問題很快就會解決
然而藍色起源並沒能很快解決這個問題
他面臨的困難越來越多了
引擎渦輪泵燃燒不穩定性
冷卻能力不足
和實際壽命短於設計壽命的問題層出不窮
而且當時藍色起源正全力開發新謝伯德火箭
佔用了大量的資源
直到2022年10月底
藍色起源才向ULA交付了可以飛行的兩臺B14引擎
後續將安裝在火神火箭上進行測試
地球上最大的火箭星艦
應該在2023年春天可以試飛了
SpaceX創辦人兼首席執行官馬斯克
1月7號在推特上說
我們在二月底真的有機會發射
三月份的發射嘗試看來非常有可能
星艦火箭是人類歷史上最龐大的火箭系統
有完全可以重複使用的兩部分組成
稱爲超級重型推進器的一級火箭
以及高50米的上面級星艦飛船
星艦火箭的發射重量超過4600噸
總推力7590噸
近地軌道運力超過100噸
SpaceX開發星艦的終極目的
是把人員貨物運送到月球和火星上
當然也會執行其他任務
超級重型火箭的原型機B7
從2022年3月首次離開星機工廠以來
一直在不斷的進行測試
維修升級和更多的測試
B7火箭高69米直徑9米
採用不鏽鋼來製造火箭
這是史無前例的
B7在2022年的4月和7月至少兩次嚴重受損
進行了數週的大量維修
但幸運的是沒有被徹底損壞
B7裝備了33臺第二代的猛禽引擎
排列成三個環
B7已經進行了六次靜態點火測試
正在爲軌道飛行做最後的準備
2022年11月14號
B7的14臺猛禽引擎進行了數秒的靜態點火
據說流量控制在73%以內
總推力達到了2325噸
11月29號
B7又進行了11臺引擎的13秒靜態點火測試
作爲上面級的星艦飛船原型機S24的測試相對順利一些
它在2022年5月首次亮相
安裝了三臺真空版和三臺普通的猛禽引擎
已經對所有火箭引擎進行了靜態點火測試
不過最近SpaceX又完成了一系列的神祕維修
更換了S24的一臺引擎
並進行了靜態點火
如果一切順利的話
SpaceX應該在1月或2月將B7和S24再次合體
進行一次試試彩排
檢驗所有的發射流程
星艦的首次軌道試飛將從德州伯卡齊卡星際基地發射升空
上面級S24將繞地球飛行將近一圈
然後在夏威夷考萊島附近的太平洋上降落
而第一級B7則會在德州海岸外的墨西哥灣降落
星艦的高空試飛呢
是在2021年5月5號首次成功的
安裝了三臺猛禽引擎的SN15原型機
成功飛到十公里高空之後
安全降落回發射場
另外藍艦航天的朱雀二號在今年也有可能再次試飛
挑戰軌道飛行
星艦火神火箭和新格倫火箭
都是近地軌道運力在十噸以上的重型火箭
而朱雀二號的近地軌道運力只有四噸
用來替換長征二號餅
其中星艦作爲完全回收複用的新一代火箭最值得期待
好了今天就說到這裏
最後再次感謝Surfshark VPN贊助這支影片
希望大家繼續關注馬克時空
咱們下期再見
