火箭也能电磁弹射了?7天发射3枚,中国可回收火星挑战美国技术

说宇宙寻真理 2024-08-02 12:38:54

7天发射3枚,我国航天再次创下新纪录!

而我国民营航空公司称,智神星一号即将登场,将实现可回收。在可回收的基础之上,将使用最新的电磁发射,获得新突破。

据悉,电磁发射不仅发射速度更快,可控性还更强,若是能够做到可以与马斯克公司的猎鹰火箭有的一拼。

火箭又是如何做到回收利用的呢?电磁发射究竟有多牛?接下来,让我们一一分析。

智神星一号,新突破来了

星河动力总装厂房的中央,映入眼帘的是一个巨型火箭。这个大家伙人想要挪动显然是不可能的,只能够以来吊车将它腾空而起,使用机械臂进行安装。

这里是谷神星一号火箭的生产研发地,经过更新迭代新一号火箭智神星一号即将闪亮登场。即将亮相的火箭与以往有所不同,将会带来两大亮点,一个是可回收,另一个则是使用电磁弹射。

火箭,这鼎鼎大名可谓是无人不知无人不晓,但真正对它了解的人却知之甚少。

通常,火箭分为好几级,譬如一级、二级、三级等等,利用燃料产生的强大反推力让它飞出太空,通入一级燃料烧完之后将会脱落,然后二级火箭继续燃烧产生推力持续推动,直到完成目的。

大部分火箭都是固体较多,而谷神星一号之中上面级使用的是液体,这有些让人百思不得其解。

据专业人士解释,通常的火箭大多采用4级构型,第4级通常有2种,一个是固体燃料跟固体发动机作为动力;另一种就是液体燃料发动机。

即便用的是固体发动机,在生产以及发射的时候依旧需要配套液体姿态控制的动力系统,以便于火箭飞行时能够控制姿态亦或者星箭分离时调姿。

除此之外,第四级使用液态系统还能够实现1箭2轨,能够将火箭发射到不同的轨道之中。

因此,使用液态调姿系统跟控制动力系统相结合,从成本上来说更加优惠,从发射上来说适应性会更好。

企业自主研发液氧煤油发动机,配合开式循环、针式喷注器可以变成推力,能够重复使用。

在谷神星一号的基础之上,即将推出智神星一号,不仅发射轻小型运载火箭,还在动力上做了升级,将使用电磁发射。

电磁发射,新型发射装置

不知道大家有没有听说过一部名叫《某科学的超电磁炮》动漫,里面的主角能够将一枚普通硬币以三倍音速发射。

这部动漫之中的超能力,其实在现实之中也存在,那就是电磁发射技术。

传统的发射采用的是高压蒸汽来做高速运动,从而实现腾飞,电磁技术则不同,主要使用直线电机、弹射轨道、储能系统以及电力电子变换、综合控制系统等组成。

对比传统的发射器,它的质量要更轻、占空间小、发射速度更快。通常蒸汽一次储备需要十几个小时,电磁只需要短短几分钟就行,更灵活。

这种技术与磁悬浮有点类似,依靠动子和定子无机械能接触,电能到动能实现能量转化,电机就是强大的“心脏”,带来源源不断的动力。

电磁弹射火箭这一想法其实早在80年代就已出现,并有科学家一次实验过。其中,最著名的当属于NASA提出的磁升运器方案,可惜当初的方案因为经费不足,草草了之。

多年以来,科学家们依旧没有放弃电磁技术,我国运载火箭研究团队亦是如此。今年3月份,我国传来好消息,相关研究团队正在计划使用电磁轨道发射装置,若是能够在火箭之中应用,将会带来新突破。

首先,电磁发射是降低成本的最快途径,如今我国的火箭发射频繁,能够降低成本是最好不过的事情。

传统的发射使用化学燃料,燃烧时会释放大量有害气体,也需要非常多的燃料才能够助力。火箭体积庞大,燃料用的也不少,但是有效的载荷却很小,仅占火箭质量5%。

这就好比开了一辆豪华的高铁,里面的乘客只坐了几个,其它位置都空着,开一趟的花销更是不少,对比起载荷显得实在有些不划算。

如今,我国航天飞速发展不管是太空站、探月亦或者其它航天任务,都少不了火箭的助力,找到一个节省成本的方式迫在眉睫。

电磁技术给航天带来了新希望,如果能够应用将会大大节省开支。据计算,使用电磁弹射一次能够降低不可回收火箭20%成本,约为300美金每千克!

在节省成本的同时,还计划能够增加载荷,并且提速。电磁弹射能够让火箭的速度更快,研究表明,使用此装置可以让3万千克的飞机在2.1秒内从静止状态加速到70米每秒,还能够让76米每秒的飞机在2.6秒时间停下。

更大的亮点是控制系统对比传统系统也稳定,可谓一举多得。

火箭回收,拾“荒”界的大佬

智神星一号除了即将使用弹道电磁发射之外,还能够实现可回收,这又是如何做到的呢?

多年以前,所有的火箭都是一次性的,运载着航天器、卫星进入太空之后不得不一边飞一边扔,那些助推火箭、逃逸塔、整流罩等等都会惨遭抛弃。

火箭可不像是塑料袋,一枚可以说价值千金,造价不菲。自从人类第一次发射火箭以来,就一直为一个问题发愁,那就是掉落下来的“垃圾”该如何处理。

那些掉落的残骸要么掉落到海里,要么就成为了在太空游荡的危险垃圾,虽然有处可去好像也不太影响我们什么,但却让人头疼。

随着发射次数越来越多,问题也开始逐渐凸显。那些飘荡在太空的垃圾,有可能会成为发射火箭或航天器的致命凶器。

自2016年马克斯猎鹰9号火箭成为回收之后,回收火箭也成为了航天界的流行趋势。

目前,各国回收主要在一级二级助推火箭上,它们主要负责冲出地球。一级尺寸大、质量重、高价值还会自己返回地面,因此回收难度并不大。二级相对尺寸会更小,重量更轻,但它的设计以及回收难度更大。

2023年,美国实验中在安装了箭体伞,一二级分离之后,会打开引导伞维持平衡,随后打开降落伞缓冲速度,最后根据信号来进行打捞。据了解,现在回收的方式主要是降落伞回收、垂直起降、滑翔回收三种。

2024年,我国民营企业自主研发的运载火箭,1月19日完成试飞,朱雀三号长76.6米,直径4.5米,起飞时达660吨,运载21.3吨,能够做到垂直起降。

试飞的60秒内,达到了350米飞行高度,着陆位置达到了精确的2.4米,能够更好的回收。

前两种都能够做到,滑翔回收的技术难度相对更大,不仅需要国家土地面积大还需要兼顾火箭跟飞机两种飞行模式,成本很高,还没有成为主流回收方式。

而这一次,智神星一号也将采用回收模式,能够重复使用,更加节省成本。使用垂直发射模式,相应的制导控制关键技术目前已在300米实验之中完成,后续将会持续实验研究,并应用于火箭发射之中。

智神星一号甲将会使用两级液体运载火箭,长3.35米,起飞质量283吨,选配液体上面级,能够达到8吨运载能力。

捆绑构型为智神星一号乙,把火箭一子级捆绑,起飞质量约为730吨,达到17.5吨运载能力,基本上达到大型星座组网运力规模。

有人说,智神星一号将会跟马克斯金牌火箭相媲美!

大家对于智神星一号如何看待?欢迎留言评论,发表自己的看法与见解。

参考资料:

“超电磁炮”冲进火箭发射领域 知网 2024-04-15电磁发射系统研究现状及应用展望 知网 2023-10-25



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