2015年3月11日,美国航空航天局与轨道公司一起对美国最新的重型固体火箭发动机QM-1进行了地面鉴定测试,结果是,这一人类历史上推力最大的火箭发动机,发射试验大获成功。
这款火箭发动机主要用于美国航空航天局未来的重型发射系统,承担初始推力,即送航天器离开地球。每一台QM-1都是由5台固体发动机拼接而成,一台的推力约为1600吨。
这是什么概念呢?比14架波音客机全速起飞的推力总和还要高。
有的朋友可能对1600吨的推力还没有清晰的认知,美国已退役航天飞机的侧助推器,推力在1400吨左右,我国长征五号运载火箭单个YF-100发动机推力约为120吨。总而言之就是当世最强。这个时候又有兄弟会问了,那这么厉害的发动机到底有什么作用呢?
作用就是把更大、更重的物体送入太空。20世纪60年代,美国曾经制造了人类有史以来最大的火箭-土星五号,而土星五号所使用的F1发动机推力达到了空前绝后的680吨。也正是有了这样厉害的发动机,土星五号才能通过并联五台F1发动机,将总重超过3000吨的土星五号送入太空,成功让人类登上月球,完成了阿波罗计划。
而后来西方的太空大工程,如哈勃太空望远镜和宇宙空间站,也正是使用和土星五号一样的超重型火箭质子号才得以完成。一句话总结就是,重型发动机造就重型火箭,重型火箭造就举世无双的航空工程。
QM-1是怎么做到单台发动机1600吨推力的呢?很简单,叠中叠。QM-1全名叫做QM-1五段发动机,顾名思义就是五台固体发动机叠起来,实际上的单台发动机水平只有300吨出头。但就是这样的缝合产物,也是世界第一的水平,可见航空工业的难度有多大。
而这么一款QM-1发动机,在自媒体口中,摇身一变成为了领先世界三十年的高精尖产物,事实真的是这样吗?
说起火箭,确实是美俄两国的传统主场,目前最强的重型火箭质子号和德尔塔4也分属这两国。中国的火箭发展晚,确实在客观上和这两个国家的运载火箭水平存在15至25年的差距。但要说现在QM-1还能领先中国30年,那就纯属扯犊子了。
要知道美国当年领先中国三十年的本钱,是在同期中国还一穷二白,只能发射一颗简单的近地轨道人造卫星的时候,拥有像土星五号一样的超级巨物,能完成十余次阿波罗计划。QM-1是什么档次的东西?
五颗固体发动机叠中叠,也能来碰瓷现在的中国航天还要领先30年吗?是什么驱使我在这里说出这种话,中国有厉害的技术吗?
2021年10月19日,由中国航天四院研制的大推力固体火箭发动机在西安试车成功。据悉该型发动机为独立发动机,装药量150吨,总推力500吨,是全球有史以来最大的独立固体火箭发动机。注意关键词家人们,独立、500吨。如果跟QM-1一样五连超神,那就是2500吨。这才是真正的世界第一。
无论是美国的QM-1,还是中国的大推力火箭发动机,采用的都是固体燃料,却并没有采用传统液体燃料。
液体火箭的燃料主要是液氢液氧、煤油、偏二甲肼等燃料,设计极其复杂精密,是那种看一眼脑子就会坏掉的复杂程度。一台液体火箭发动机,需要设计制造燃烧室、氧化剂室、液体燃料泵、喉管、喷嘴、燃烧仓、点火器等,一环套一环。
而液体火箭的优势在于,燃料质地轻,可以实现精准控制燃料流量,甚至可以在中途实现停车变速。另一方面,液体发动机的燃料制造成本低,合成难度相对较小,且对火箭本身的损伤也要更小。
固体火箭和液体火箭就不一样了,结构相对简单到了极点,几乎就是在一个巨型外壳里面浇筑一圈燃料,就像钢筋混凝土一样,只需要造好一个隔热性优异的外壳配上一个高耐热的喷嘴就行了。
表面上看好像是固体更有优势,但在实际应用中,各国逐渐发现,液体火箭在发射的推重比上更容易具有优势,所以目前主流发动机开始大规模往液体方向倾斜。
但为什么又要搞QM-1这种发动机呢?
问题在于快速发射上。19世纪,人类最大的发明之一就是定装药步枪,固体火箭就和定装药同理,在发射之前对燃料完成浇筑即可,之后便可以长期保存,随用随发。但液体不一样,必须在发射前进行严格的检查,并提前很多天进行燃料加注。
更直观一点的表达就是,固体火箭发射前准备时间以小时计数,液体火箭发射时间以月计数。
试想一下如果战争发生,敌军启动了反卫星武器,国家的通讯组网遭到破坏,那就必须及时对卫星组网进行检查补充,甚至于,可以在短时间内重新发射一套新的组网。
目前,我国已经开始了对大推力分段固体发动机的研究,相信用不了多久,中国就能拥有更大的运载火箭。