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2021年5月29日晚上,长征七号遥三火箭发射成功,这枚火箭使用了液氧煤油发动机。但在查看外国火箭时,会发现美国、西欧、日本印度等国家,大多都是用的固体助推器发射火箭。
这两者有什么区别?难道固体火箭比液体火箭好?我国的火箭水平还有待提高?我们可以先来对比下,液体助推器和固体助推器的推力大小。目前我国所使用的最大推力,是长征五号上发动机120吨的推力,它使用了3.35米的助推器,安装了2台120吨的液体助推器,4个助推一共960吨推力。而印度的GSLVmk3,一台固体助推器的推力就可以达到515吨,两台推力就直接超过了长征五号四个助推器的推力。
其次说到材质。固体助推器的外壳是钢制的,液体助推器则是铝合金的,而这也跟发动机有关。虽然固体发动机的结构简单,但它是通体燃烧发出火焰,在腔体内会产生高温高压,一般能达到几十个大气压。铝合金材料承受不了这么大的压强,所以只能使用高强度钢。除了印度,欧空局的阿里安五号、美国航天飞机的发动机,也都用的钢壳。
除此之外,固体发动机还比液体发动机使用方便。液体火箭在发射前需要先注入液体燃料,比如液氢、液氧之类的,这些燃料在注入的同时,还要给它们保温,比较复杂。而固体火箭主要就是将燃料和推进剂,还有金属丝、粘合剂等加到一块灌到模子里成型,后边装上喷口,随时可以取用,所以战争导弹上都用固体燃料。
说到这,世界上第一个以火药为动力的飞行兵器—火箭,就是北宋军官岳义方、冯继升制造的。纸里边装着火药,前端封死,点燃后边的导火绳后,产生的大量气体能推动它飞到空中,这后来成为了战争中使用的霹雳炮。而航天火箭上的固体发动机也是这个原理,不过里边的燃料,却换成了氧化剂还原剂之类的。
既然固体发动机这么方便,为什么我国不使用固体发动机呢?相对于固体发动机,液体发动机有一个不可替代的优点,那就是可以在必要时切断推进剂来紧急刹车,而且我国也并非不使用固体发动机。
在2015年,我国成功发射了长征系列,第一个固体运载火箭长征十一号。在2019年,我国又自主研制成功了直径2.6米,推力200吨的整体式固体发动机。2020年12月,我国自主研发直径3.2米,3分段的大型固体发动机也试车成功。这也是我国目前最大推理的固体发动机,最大推力有500吨,大约有100头大象的重量。
这个发动机的成功,为建立我国固体、液体运载火箭合并体系,提供了强有力的支撑。
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