原因竟是二手货?SLS火箭故障推迟:阿尔忒弥斯计划再遭暴击!( 二 )



比较让人抓狂的是芯二级火箭发动机RL10 , 这台发动机最早是上世纪60年代开发的 , 尽管在不断更新 , 但这也太老了吧 , SLS选用这款发动机时马歇尔太空飞行中心技术副总监戴尔·托马斯曾调侃:


RL10是一个非常古老的发动机 , 有很多与其制造相关的工艺......(这是要说都失传了吗)这就是这项研究将要弄清楚的 , 是否有必要建造一个RL10替代品?
用了二手货:却一点都没省钱
用成熟产品开发新的火箭 , 这其实没毛病 , 而且用回收火箭发动机这个做法 , SpaceX也早已趟出了一条血路 , 所以SLS火箭这两点大家其实都能接受 , 毕竟为了缩短开发周期、减少投入不都是大家追求的目标么?但SLS却恰恰相反 , 不仅推迟了17次 , 而且开发费用似乎是个无底洞!

从2011至2021财年 , SLS计划资金投入的总额高达230.11亿美元 , 另外还有上面级(芯二级)火箭开发的15亿美元 , 以及为SLS组装、集成、准备和发射 SLS 及其有效载荷的成本由Exploration Ground Systems单独资助的 , 这个费用约为每年6亿美元 。

所以这个SLS开发到现在已经花了快300亿美元了 , 这可是成熟的发动机加几个“油箱”就能起飞的火箭啊 , 这NASA居然操作成了这样 , 怎么向纳税人交代?但似乎NASA这波玩得不错 , 玩政治的比尔·尼尔森果然有一套:

把SLS发射与土星五号发射相提并论?气势上是有了 , 但土星五号那是开创了一个时代 , 而SLS火箭是什么?用的土星五号寿终正寝后十年不到内航天飞机的遗产 , 航天飞机都已经在2011年彻底退役了 , 这借尸还魂的SLS居然连续玩了17次寂寞 , 也是没谁了 。
RS-25火箭发动机:究竟是哪里出了问题?据NASA官网公布的资料 , 问题是技术团队无法让火箭发动机达到在升空时启动发动机所需的适当温度范围:

据公布的资料是少量的低温推进剂向发动机输送并降低发动机温度时发现3号未通过排气过程适当调节导致故障发生 , 发动机所在的位置是:

这台发动机从发射台正面看 , 是处在右后方 , 查看它的使用记录:

图片出处见水印已经过多次“发现号”和“亚特兰蒂斯”号的多次使用 , 不得不配佩服这航天飞机的RS-25真特么耐操 , 居然经过6次之后还打算用第七次!
发动机冷却?究竟是怎么回事?
RS-25是航天飞机的主发动机 , 燃料是液氢和液氧 , 富油双轴分级燃烧 , 也就是分级燃烧循环的一种 , 关于循环这个问题有点复杂 , 说到这个问题上了就简单介绍下:

火箭发动机是同时携带燃料和氧化剂的 , 在火箭启动后 , 燃料和氧化剂进入燃烧室剧烈氧化反应释放出大量的热 , 膨胀后从尾喷口喷出形成推力 , 这个循环就是如何让燃料以某个要求的速度进入燃烧室 , 早期用的就是高压气体 , 注入燃料罐就将燃料和氧化剂挤压出来了 , 这叫做挤压循环 , 然而随着火箭技术的果断进步 , 这种简单的循环就无法满足要求了 , 所以就有了各种循环:
  • 1、挤压循环;
  • 2、气体发生器循环;
  • 3、电泵循环;
  • 4、分级燃烧循环
  • 5、闭式膨胀循环
  • 6、
    开式膨胀循环
..........
其实这些循环种类很多 , 比如电泵循环就是电池给燃料泵加电泵出燃料 , 当然电池就死重 , 为了解决这个问题 , 目前高性能火箭都是用燃料先燃烧推动涡轮泵来泵出燃料和氧化剂 , 结构如下图:

燃气发生器循环(开式循环)左侧就是那个燃气涡轮泵燃烧后排出的废气 , 由于涡轮泵不耐高温 , 因此低温燃烧会导致不完全燃烧 , 非常浪费氧化剂和燃料 , 会大幅度降低比冲(可以理解为单位燃料产生的推力 , 越高表示火箭性能越好) , 因此分级燃烧循环就出现了:

因为涡轮泵的不完全燃烧 , 排出物还有大量氧化剂或者燃料 , 可以再次进入燃烧室做功 , 因此还分成了富油燃烧或者富氧燃烧 , 提高了发动机的比冲 , 当然这样结构就复杂了 , 解决了比冲问题后 , 会出现一个发动机的都要面对的问题 , 就是尾喷管高温的问题!

各位试想看看 , 燃烧室的液氢与液氧或者液氢液氧燃烧产生的高温高达数千度 , 哪种材料都会因为高温发生变性甚至融化 , 所以如何冷却发动机就成了一个问题 , 早期有采用加厚尾喷管外壁 , 提高散热来实现 , 但问题是尾喷管太重了 。

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