美国土星5号运载火箭
航天飞机虽冠有“飞机”之名,但更严谨地说,航天飞机其实是一种外形酷似飞机的轨道器。在它的主燃料舱中既存储了燃料,又存储了氧化剂,航天飞机在离开大气层后,依然可以推进。
现代巡航导弹为了提高射程,不再像普通导弹一样同时携带燃料和氧化剂,而是仅仅携带燃料。今天的多数导弹都可以看作是火箭,但如果单从推进剂的角度看,巡航导弹更近似于飞机。
苏联“暴风雪号”航天飞机
了解了火箭和飞机的区别,接下来我们再看一下不同种类的火箭之间都有什么差别。
火箭发动机按照其使用推进剂的物质状态不同,可以分为液体火箭发动机、固体火箭发动机和混合推进剂火箭发动机。
其中更常用的是前两种——我们简称为液体火箭和固体火箭——它们从结构、功能到应用都有许多不同。
一种典型的液体火箭结构
推进剂注入泵的复杂结构
除了推力强,液体火箭还有很多其它优势。由于有泵的控制,液体火箭的燃料燃烧速度更均匀,更可控。
而且液体燃料容易控制总量,相比于一次加工成型的固体燃料火箭,液体火箭可以临时调整轨道,甚至紧急熄火。
当然,液体火箭也有很多缺点。除了结构相对复杂,液体火箭最大的问题在于推进剂的安全储存和使用。
从理论上说,液氢+液氧的组合是最安全环保的,然而液氢和液氧的沸点很低,使用过程中需要额外的设备和工艺保证低温,提高了制造成本。
如果选择方便储存的推进剂,如偏二甲肼+四氧化二氮,又要面对其剧毒且易燃易爆的危险。可以说,目前还没有完美的推进剂可以选择。
与液体火箭相比,固体火箭的结构就简单得多。燃料和氧化剂已经提前混合好,只需要点火装置启动便可以直接燃烧。
固体火箭的主要技术难点在于如何在飞行过程中保证火箭时刻稳定。这就需要通过巧妙的设计,使固体推进剂从中轴向外周逐层燃烧(而不是从一端向另一端燃烧)。
固体火箭的推力和工作时间都比液体火箭差不少,但因为结构简单,固体火箭的造价更低、体型更小,适合批量生产。
一旦建造完成,固体火箭的参数就已经确定不能调整,但是由于方便储存运输,其转移和发射反而比液体火箭灵活得多。
现在,固体火箭主要用于各种导弹、火箭弹、小型火箭、起飞的助推器等。
以上就是关于火箭发动机技术的一些小知识。如今,火箭技术还在日新月异地发展,新型火箭正朝着低成本、无污染、大推力的方向不断进步。相信在未来,火箭还将继续承载着我们探索深空的梦想。