恐怖推力269噸，可送20架F35飛天！地表最強火箭引擎SPACE X猛禽！錯誤中誕生的王者，力挽狂瀾拯救NASA！ _SPACE X_猛禽火箭引擎_梅林火箭引

在探索廣袤無垠的星空的路途中 有一個非常反直覺的事實 雖然NASA一直在不斷的進行著發射任務 將衛星探測器和軌道望遠鏡送入太空 但是用於發射這些昂貴的航天器所使用的火箭 準確來說是這些火箭使用的發動機 卻是地地道道的俄國貨 可以說 美國航天局離了俄羅斯 連衛星都發射不了 而在最近 這個情況已經被逆轉 解決美國航天心臟病的不是別人 正是當年他們看不起的艾隆·馬斯克和他的SpaceX 那為什麼NASA會有火箭心臟病 SpaceX究竟又是如何拯救世界航天的 本期視頻火力軍帶您一起剖析 在航天火箭發動機背後的那些技術細節 早在2022年3月3日 俄羅斯國家航天集團公司總經理羅戈金就表示 為了回擊美國對俄羅斯的諸多制裁 俄羅斯將停止向美國提供火箭發動機 乍一看俄羅斯這番話很硬氣 但是他們確實也有硬氣的資本 因為NASA現在一大半的發射任務 都要依靠俄羅斯的發動機 這個發動機就是著名的阿迪180 這型發動機採用煤油加頁氧作為主要燃料 表現特別符合各位對俄羅斯產品的刻板印象 那就是便宜勁大 不過如果要說到俄羅斯火箭發動機 是怎麼被NASA使用的 這個故事還是要追溯到冷戰時期 在冷戰時期 美蘇航天走的是兩條截然不同的道路 美國專注於開發航天飛機這種可重複使用航天器 而蘇聯更專注大載和火箭 在冷戰時期 蘇聯不僅開發有傳統的耕機燃料火箭 也開發有液氧液氫發動機 還有咱們今天的對象之一 高壓補燃循環的阿迪170發動機 那這個高壓補燃循環究竟是什麼技術 為什麼NASA這麼中意呢 其實理解起來很便宜 火箭的原理其實和煙花一樣 通過在尾部噴出大量氣體 提供反作用力將物體推上天 那如果燃燒的速度和質量是一定的 想讓這個推的力更大要怎麼辦呢 答案也很簡單 可能很多觀眾都已經回答出來了 那就是讓氣體吹的快一點 這個技術也被稱為增壓技術 對沒錯 就是各位開的車上的那個渦輪增壓 阿迪170使用的高壓補燃循環原理 就是增壓方式的一種 在火箭上也有一個給火箭發動機增壓用的渦輪機 一般來說 如果要讓渦輪機的增壓效果比較明顯 設計師們就會在主燃燒室旁邊設計一個預燃室 在這裏先點燃一小部分火箭燃料 通過用點燃燃料產生的高溫高壓氣體 吹起渦輪的方式 給主燃燒室增壓 這種方法被稱之為燃氣發生器循環 但是這麼做各位都能想到 肯定是比較浪費燃料的 所以蘇聯工程師就設計出了高壓補燃循環原理的 RD170火箭發動機 它的原理其實也很簡單 在燃氣發生器循環的基礎上 不讓預燃室的尾氣直接排出 而是讓這個燃燒廢氣再導入燃燒室 再點燃一遍 實現最大程度的推力 所以RD170在冷戰的火箭發動機中 屬於經濟實惠還量大管飽的那一類 當然在冷戰時期 這麼好用的火箭發動機 蘇聯自然不可能拿出來和NASA分享 等到了1991年蘇聯解體後 進入蜜月期的美俄展開了一系列的合作 其中就有關於航天的合作 在這之中最明顯的成果就是國際空間站 而對於NASA影響最大的成果 則是資助俄羅斯航天工業 進行下一代的高壓補燃 循環液氧煤油發動機的開發 而這就是現在NASA最常使用的 RD180的由來 可能在有些觀眾看來 資助俄羅斯航天工業聽起來有點像資敵 可實際上NASA不僅每年的發射任務 都可用低價購買大量的RD180 省下一大筆銀子 而這些開發RD180的工程師 也因為在蘇聯解體的困難時期 被美國餵飽 而避免了這些工程師 去第三國開發彈道導彈 間接的保護了美國的安全 可謂是一舉多得 可能很多觀眾對於俄羅斯 這次反制美國制裁的嚴重程度 沒有什麼概念 那火力軍在這兒就給各位科普一下 NASA現在使用比較多的兩種一次性火箭 Delta IV和宇宙神武 都是脫胎於美國空軍 漸進行一次性運載火箭項目 在這之中宇宙神武的第一集 全部使用的都是RD180發動機 這些年來 NASA使用宇宙神武發射了 從軍用GPS、間諜衛星、偵察衛星 到新式野號探測器 從好奇號和毅力號火星車 到百花齊放的商業衛星 可以說沒有宇宙神武 就沒有NASA的今天 而更重要的是 沒有RD180 也不會有宇宙神武的輝煌 聊到這兒可能就有人要質疑 為什麼NASA心這麼大 要把國家大事之一的 航天技術的命門 掌握在別人手上 但其實NASA也做過別的努力 比如NASA曾經立項研製一款 被稱為RS-84的高壓補燃 液氧煤油發動機 它採用了將預燃式和燃燒式 合二為一的單燃燒式設計 設計難度大 但是技術先進 地面推力更是達到了482噸 遠超RD181 但是最終因為入不敷出 沒有使用前景而作罷 畢竟這種發動機的使用場景 是從地面到空間站的太空皮卡 搞一種全新的更先進的發動機 必然帶動的是使用成本的上升 不僅各種商業公司無法承擔成本 NASA最後也不一定能用得起 那自言無妄 就不能買其他不是RD180的 火箭發動機嗎 其實還真行 比如當年美俄航天蜜月期時 洛克希德·馬丁選走的是RD180 另外一家公司Aerojet 則選走了另外一種 更成熟而便宜的發動機 這就是庫茲涅佐夫設計局的 NK33高壓不燃液氧煤油發動機 在經過Aerojet的運作之後 這批NK33被重新命名為AJ26 在NASA的商業軌道運輸服務項目中 K1火箭和安塔瑞斯火箭 都是在第一級使用了AJ26 乍一看 美國航天沒有RD180也能活 但是問題就出在這個AJ26上 在2014年10月 安塔瑞斯火箭發生爆炸 事故原因被歸結於AJ26 也就是NK33的可靠性問題 所以後續的安塔瑞斯2 又不得不求助於俄羅斯 為安塔瑞斯火箭計劃 專門改裝RD180發動機 才讓整個項目得以繼續進行 所以要說RD180是美國航天工業的命門 也不是不行 反正俄羅斯這波 通過火箭發動機反向制裁美國 確實有點打蛇打七寸的味道在裏面 那美國就只能在往返貨運任務的 火箭發動機上受制於人了嗎 其實不是這樣 雖然NASA官方和美國空軍 半天憋不出來個便宜的大推力發動機 但是美國民間公司的技術 尤其是在貨運任務火箭這塊 是非常先進的 可能世人都知道 SpaceX和埃隆馬斯克 通過可回收火箭技術 讓火箭的使用成本直接腰斬 四捨五入簡直不要錢 但是很少有人知道 SpaceX和他們自研的火箭發動機 已經成為目前世界範圍內 最先進的火箭發動機 現在的SpaceX 主要使用的是兩種火箭發動機 其中一種是燃料為 液氧煤油的火箭發動機 被稱為煤磷 它的出現主要還是因為 俄羅斯的RD-180 早在之前馬斯克就曾警告過NASA 過於廣泛的使用俄羅斯的火箭發動機 將會對美國航天造成嚴重的損害 不過這也情有可原 因為馬斯克之前也曾經動過 去俄羅斯買火箭的心思 只不過他買的不是火箭發動機 而是現成的火箭 馬斯克當年去俄羅斯 是想尋求購買兩到三枚 俄羅斯現役的R36型洲際彈道導彈 北約代號為SS-18撒旦 火力軍覺得 如果當年他真的能搞到這種東西 估計SpaceX就不是致力於航天技術 而是轉行去玩軍火了 當然毫無疑問的 俄羅斯人沒有答應這筆交易 因為馬斯克的要求實在是太狂了 畢竟現役的R36 是可以搭載核彈頭的洲際彈道導彈 雖然馬斯克弄不到核彈頭吧 但是真給他弄到了 俄羅斯的洲際彈道導彈技術 也就基本漏得乾淨了 所以自從這次失敗之後 馬斯克就下定決心 要使用自己的火箭發動機 弄自己的火箭 這樣才能實現SpaceX 讓人類殖民火星的畢生夙願 而這也是梅林發動機的由來 梅林的原理其實並不復雜 它使用的就是燃氣發生器循環 技術門檻比較低 也被網友們戲稱為屌絲發動機 而且由於頁氧沒有燃料 在預燃室裡燃燒後 會被排出到空氣中 所以在梅林發動機試車時 各位就經常看見 在火箭助推進口旁邊 有一個冒著黑煙的噴嘴 那就是復燃後的頁氧沒有燃料的廢氣 憑藉於此 梅林的屌絲發動機的稱號 也算是坐實了 當然 梅林並不是一種不可升級的發動機 這個系列中最新的型號是梅林1D 在2016年 該型號進行了增推升級 在之前 梅林1A的海平面推力僅為34.6噸 而增推後的梅林1D 將這個數字刷新到了86.2噸 這種一型發動機推力 增幅超過150%的奇觀 是世界航天史上前所未有的 同時 由於其擁有絕對領先的 180比1的推重比 使用梅林1D的獵鷹9 也是人類歷史上首款 可以通過垂直反推回收的火箭 而這也讓因為俄羅斯通過火箭 反向制裁美國的計劃破產 RD-180辦得到的事情 梅林也辦得到 RD-180辦不到的事情 梅林還辦得到 這就是實際上的性能碾壓帶來的好處 並且由於SpaceX是美國公司 而且獵鷹9火箭可以回收 所以 以前的資敵流言自然也不復存在 而NASA使用SpaceX的發射成本 也能略微降低 這就是SpaceX如何力挽狂瀾 拯救美國航天 不過雖然梅林很優秀 但它卻不是馬斯克的最終目標 因為SpaceX的終極目標是殖民火星 那麼從這個目標被設立開始 所有的工程設計 都要為這個目標所服務 而梅林不是 梅林只是SpaceX賺錢養家的一種手段 因為頁氧煤油燃料 雖然在地球上比較好製備 但是在太空中 煤油是史塔斯的不可再生資源 用一滴少一滴 如果SpaceX從月球上發射火箭去火星 而這枚火箭使用梅林發動機 那所有的煤油都必須用火箭 從地球運來 是非常不划算的 而且煤油的另外一個問題 是含碳量高 燃燒後積碳嚴重 以前大家都用一次性發動機的時候 這個問題根本就不是問題 摔掉的發動機成本 會被煤油的便宜彌補 而現在獵鷹9加梅林的可回收組合 讓這個問題變得嚴峻起來 在地球上保養梅林不是什麼問題 但誰敢保證在月球上的保養難度是一樣的呢 所以針對這些問題 馬斯克心中的白月光 就是SpaceX現在的當家花旦 人類科技的天頂星 猛禽火箭發動機 猛禽到底有多強 這麼說吧 如果之前的火箭發動機都是雜牌卡車 那麼猛禽就是斯坦尼亞這種陸地航母 SpaceX自從2012年開始研製猛禽發動機 到現在和梅林一樣 整個猛禽家族也經歷了 從猛禽V1.0、V1.5、V2.0、V2.5 一直到最新版V3.0的變革 但是在這之前 我們必須先了解到 猛禽為什麼是火箭發動機之王 這是因為猛禽系列發動機 從設計之初就已經決定 採用了頁氧甲烷作為燃料 這是因為在太空中 頁氧和甲烷都是比較好製備的燃料 不誇張的說 如果猛禽發動機飛到了火星 那麼它就可以通過在火星上採集甲烷 同時用設備製造頁氧 最後用這些火星產的原料 自給自足飛回地球 這對於可持續性的火星殖民來說 是一個巨大的進步 除了燃料上的先進 猛禽發動機還是一款 真正意義上的技術天頂星 這是因為在猛禽發動機上使用的 全流量分級燃燒循環技術 那這個是什麼意思呢 這個其實就是在RD-180上的 高壓補燃循環原理的更進一步 它通過採用雙泵雙預燃式的設計 在兩個預燃室內 一個設計負氧燃燒 一個設計負燃燃燒 這樣就會產生 負氧燃氣和負燃燃氣兩股高溫燃氣 最後將這兩股高溫燃氣導入主燃燒室 在主燃燒室發生劇烈而穩定的氣氣燃燒 這樣基本上所有的東西都會被燒乾淨 在增大火箭推力的同時 也可以極大延長 因為燃料雜質帶來的清理間隔 實現發動機的可持續使用 最後因為將要搭載猛禽發動機的SpaceX星艦 需要可回收火箭技術來降低循環發射成本 所以全流量分級燃燒循環技術 也給猛禽帶來了巨大的 之前都不敢想象的精確推力調節技術 讓其節流能力達到逆天的20% 可以說猛禽在把火箭發動機 調校成超跑發動機的動力精確控制上 邁出了一大步 而且繼承了梅林的高榮譽度的優點 再加上猛禽自身的天頂星技術 這款火箭發動機從第一代的185噸推力 到第三代的269噸推力 實現了45%的性能提升 要知道在大推力發動機面前 每一噸的推力都是一步極其難以跨越的階梯 可能很多觀眾對於猛禽發動機到底有多強 並沒有形象化了解 那火力君在這就拿當年登上月球的 土星五號火箭來舉例 在第二代猛禽發動機上 它的性能約為推力230噸 燃燒式壓力330% 而星艦系統的第一級使用33臺第二代猛禽 總推力峯值高達7590噸 是土星五號起飛推力的2.2倍 可以說它已經全面碾壓以前的全部火箭發動機 成為新一代名副其實的火箭發動機之王 當然這並不是代表猛禽的推力 是現在世界上第一大推力發動機 但是猛禽卻是百噸推力發動機俱樂部中 性能最強的那個 比如說NASA的月球火箭太空發射系統 即SLS火箭 它使用的是R25發動機單臺3.2噸 比猛禽的1.6噸自重多出一倍 而第三代猛禽推力高達269噸 RS25也就區區190噸 而比猛禽推力更大的藍色起源B14 雖然推力達到了270噸 比猛禽多一噸 但是其體積和重量都比猛禽大太多 嚴重影響火箭體積 而更諷刺的是B14的造價高達800萬美元 而猛禽二代的造價也不過25萬美元 所以這麼比較下來 如果說以後人類邁向升空全靠SpaceX 也不是不可能 在全新三代猛禽的加持下 SpaceX星艦將會變得更加瘋狂 在軌道加油後 加長版星艦的軌道運載能力將達到200噸以上 加壓空間也會有1700多立方米 這意味著什麼呢 從軍事角度上考慮 如果月球發生什麼事情 一艘加長版星艦 可以攜帶一個擁有四臺布萊德利的機械化步兵牌 或者是一個M10布克輕型坦克牌 通過地球同步軌道的加油後 由星艦直接投送到月面進入戰鬥 而星艦恐怖的8777噸起飛推力 和200噸的載人航天停泊軌道運力 將足以支持它對地球上任何一個地方進行降維打擊 現在人類沒有任何一款導彈 可以攔截在LEO上的星艦 而星艦約等於施加B-52的載彈量 和其在外層空間的機動性 足以支持它在一個小時內 用200噸炸彈徹底抹平一個目標 如果它搭載核彈 那麼只需要一個連隊的加長版星艦 就足以抹平地球上的所有人類 不管是軍事用途還是近地軌道運輸 不管是月球還是火星 亦或更遠的深空 對於人類來說 猛禽加持下的星艦 都是一種足夠顛覆性的太空運輸系統 就像汽車淘汰了馬車之後 飛機又將人類的速度提升到極致一樣 SpaceX將會是人類即將到來的 大規模航天時代中不可或缺的超級載具 而如果我們幸運 馬斯克和SpaceX可以繼續成功下去的話 吳立軍和各位觀眾很快就能看見那一天的到來