如何开辟一条 SpaceX 的国产商业化之路?( 六 )
FounderPark:固体火箭和液体火箭有多大的差别?液体可回收火箭有哪些基础技术是值得关注的?
霍亮:火箭最初使用的是液体推进剂 , 最早的火箭源自于二战期间德国的V2导弹 , 用的是液氧酒精推进剂 。 固体推进剂是基于战争快速性的要求出现的 , 因为液体需要现场注入 , 导致发射时间比较长 。 固体推进剂的特点是可以长期储存和快速使用 , 受环境的影响比较小 , 但有一个致命的缺点是比冲低 , 也就是单位燃料提供的冲量比液体低 , 推进的效率并不高 , 必须要用多级火箭的方式 。
其次固体火箭内部的燃烧温度和压力都非常高 , 推进剂的成本是液体的10倍到30倍之间;使用之后主要的成本被消耗了 , 并没有什么回收价值 。
第三 , 固体火箭不可能做得很大 , 它的推进器是固化在发动机里的;从储存到运输的角度考量 , 100吨自重的火箭在固体火箭中算是很大了 , 但对于运载火箭来说还是相对小的 。 猎鹰九号是570多吨的规模 , 长征七号是550多吨的规模 , 这种规模的固体火箭是很难做到的 , 而且没法运输 。
液体火箭的劣势在于推进剂是在发射之前进行加注 , 越大的火箭加注过程相对就越长 , 所以它不太适合作为武器使用 , 但作为运载工具是有很多优点的 。
第一 , 液体火箭推进的比冲非常高 , 比冲最高的是液氧/液氢 , 基本上能接近固体燃料比冲的两倍 , 大概能够达到400s多 , 而固体推进剂的比冲很难超过250s 。 第二 , 液体火箭的主要成本是发动机的制造成本 , 发动机如果设计得好 , 工作完后可以重复使用;推进剂的成本只占不到千分之五 , 推进剂消耗完后 , 仍会有90%左右的成本可以被利用 。 第三 , 液体发动机在工作过程中可以调节推力 , 而且可以关停再启动 , 这些都是固体发动机做不到的;火箭在不同轨道上执行的飞行动作是不同的 , 如果发动机没有办法关停 , 就需要设计复杂的动作耗散多余的能量 , 而液体发动机能够实现多样化的需求 。
液体火箭能够到不同的轨道面 , 而固体就很难做到 。 国际上现有的火箭创业公司基本上也没有做固体火箭的产品 , 固体的用途仅限于军事或者快速反应用途 , 而将来从地表到近地轨道的运输还是要靠液体火箭 。
FounderPark:深蓝的液氧/煤油针栓发动机运用了3D打印的技术 , 这其中具体使用了哪些技术?
霍亮:增材制造(俗称3D打印)在金属材料领域算是一个比较新兴的一个技术 , 国内比较早就开始了一些探索 , 但是在应用方面相对还比较少 。 我们最先应用这个技术到火箭发动机的整机制造上 , 并且最先使用3D打印的发动机推动火箭飞上了太空 。 传统火箭的发动机制造可能有数百个零件 , 需要通过一些复杂的机械加工、焊接等制造过程 , 流程很长 , 成本也高 。 并且没有民营企业的供应链能够解决这些问题 , 他们造不出来 , 就迫使我们在设计之初就考虑如何制造的问题 。
虽然国内是我们最先开始做 , 但是也不是蒙着头做 , 国际上其他国家在增材制造方面已经有了一些很好的尝试 。 这个技术有两个最直接的好处 , 第一 , 制造流程的简化 , 不用再经历那么多复杂的制造流程 , 直接能够把零件打印出来;第二 , 零件的数量大幅度减少 , 制造的时间也相应缩短 , 这样能够支撑我们快速敏捷的进行研制 。
当然我们在探索3D打印的过程中遭遇了很多的困难 。 我们第一个增材制造的发动机实际上是失败的 , 当时检验并不合格 , 但是我们都在应用中逐步地改进 , 逐渐地克服困难、发挥技术优势 。 现在我们增材制造的发动机已经经历了12次的检验 , 证明了3D打印的材料和工艺是能够经受得起实践的考核的 。
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