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21世紀 火箭發動機的新貴 甲烷火箭發動機為什麼受熱捧|甲烷發動機|SpaceX|猛禽發動機|BE4|藍色起源|複用火箭|馬克時空 第36期

馬克時空 Mark Space
這期節目我來聊聊為什麼21世紀甲烷火箭發動機受到熱捧的話題,SpaceX星艦原型機和還沒有試飛的超級重型火箭,所用的猛禽發動機是為重複使用而全新設計的,並以液化天然氣(甲烷)為燃料;與此同時,藍色起源也在研發使用液氧和甲烷的發動機BE4,用於自家的新格倫火箭(New Glenn)和ULA的火神火箭(Vulcan Centaur);中國的藍箭航天,也在研發天鵲80噸液氧甲烷發動機,並於2020年5月首次試驗成功。 0:00 21世紀甲烷火箭發動機受熱捧 0:48 為什麼以前不用甲烷做燃料 2:15 為何火箭發動機又以甲烷做燃料了呢? 5:03 推力面積比讓超級重型成為大力神 7:31 猛禽發動機和BE4的區別 9:47 全流量分級燃燒循環厲害之處 🚀 為什麼以前不用甲烷做燃料 上個世紀的50到70年代,是美蘇太空競爭時期,液體火箭發動機也在當時飛速發展,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肼類,逐漸進化到目前主流的液氧和煤油與液氧和液氫。 早期低溫儲運技術還不成熟,所以先用常溫穩定的四氧化二氮和肼類,然後才過渡到液氧和煤油,為了追求更高性能直接跳到液氧液氫了。 🚀 為何火箭發動機又以甲烷做燃料了呢? 主要原因是為了設計高性能的重複使用火箭。 從SpaceX開始回收複用獵鷹9號火箭以來,以低廉的成本和極高的可靠性,顛覆航天領域,且只用4年的時間,就拿下七成的商業發射市場。而火箭複用最難、最關鍵的就是發動機。 SpaceX在默林發動機成功之後,就開始考慮可以載人往返火星的航天器。 但是種種困難,都讓SpaceX無法用液氧液氫的組合,來研發新的發動機,於是甲烷這種比衝介於煤油和氫氣之間的氣體,沒有積碳問題、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。 🚀 推力面積比讓超級重型成為大力神 SpaceX提出新的思路,不追求更大的推力,而是追求推力面積比的最大化。 SpaceX的超級重型火箭直徑9米,可以放進28台猛禽發動機,可以產生超過5千噸的推力,著實驚人。 SpaceX發動機的設計思路,就是發動機的尺寸要小、噴管直徑也要小,燃燒室的壓力要儘量高,這樣多台密集並聯,就能產生1加1大於2的效果。 🚀 猛禽發動機和BE4的區別 SpaceX從2009年開始研發猛禽火箭發動機,2016年9月首次全發動機點火測試。2020年8月,猛禽發動機在測試中,燃燒室壓力達到創紀錄的330大氣壓。 在SpaceX之後,藍色起源也想開發一款可以重複使用的新格倫火箭,於是2011年開始研發BE4發動機,BE4的設計推力大約250噸 。 猛禽發動機和BE4發動機都採用甲烷作燃料,但燃燒循環模式大不相同。 猛禽發動機採用了全流量分級燃燒循環(FFSCC)模式,是一款推重比超過200的發動機;BE4發動機的設計則較為保守,採用富氧分級燃燒循環模式,推重比只有73。 🚀 全流量分級燃燒循環厲害之處 分級燃燒循環主要目的是提高燃燒室室壓,配套使用更大膨脹比的噴嘴,提高發動機的比衝。 全流量分級燃燒循環是分級燃燒循環的進化版本,氧氣和燃料分別由各自的動力渦輪泵供壓,並有兩個預燃室:富燃預燃室、富氧預燃室。 全流量分級燃燒循環的所有燃料和氧氣都要通過預燃室,成為高壓氣體,這樣在主燃燒室裡,氣體容易均勻混合,燃燒更容易穩定。 #猛禽發動機 #火箭發動機 #甲烷發動機 #SpaceX #發動機 #星艦 #星艦原型機 #超級重型火箭 #複用火箭 #藍色起源 #BE4 #馬克時空 - 歡迎大家追蹤馬克時空FB、Telegram 👉🏻 🚀 馬克時空FB:https://www.facebook.com/馬克時空-Mark-Space-104329048322968 🛰 馬克時空Telegram:https://t.me/markspacechannel​​​​​​ - 21世紀火箭發動機的新貴 甲烷火箭發動機為什麼受熱捧|甲烷發動機|SpaceX|猛禽發動機|BE4|藍色起源|複用火箭|馬克時空 第36期
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