液氧甲烷发动机,重复使用火箭的优选
就像汽车行驶需要汽油,火箭发射也需要添加燃料。火箭的燃料,被称为“推进剂”。推进剂在火箭发动机中快速燃烧,为火箭提供能量。按照状态来分,推进剂可以分为液体推进剂和固体推进剂两类。经过长期试验,科研人员们发现,采用低温推进剂是液体火箭发动机可重复使用的基本前提。
低温推进剂主要包括了液氧煤油、液氧液氢和液氧甲烷等推进剂组合。不同的推进剂在一定程度上影响着重复使用火箭的性能、运行维护以及使用寿命。
猎鹰9号火箭的梅林发动机,使用了液氧煤油推进剂。液氧煤油发动机密度比冲高,技术成熟。然而,液氧煤油发动机使用后,需要清除内部的煤油和积碳,维护工作较为繁琐。
美国航天飞机主发动机SSME堪称重复使用的鼻祖,采用的是液氧液氢发动机。液氧液氢发动机比冲最高,无积碳、无污染。但由于液氢制备难、储存条件苛刻,运行维护成本要远远高于其他两种推进剂组合。
随着可重复使用需求的增加和液化天然气的应用,液氧甲烷发动机逐渐成为各国航天工作者研究的热点。
液氧甲烷推进剂具备比冲高、成本较低、清洁环保、维护使用方便等优点,适合发动机大规模生产和重复发射,本身也便于在太空中长期贮存。同时,甲烷还具备火星原位生产的可能,这也是液氧甲烷推进剂的独特优势。目前,液氧甲烷推进剂正在成为各国研究新一代重复使用火箭动力系统的主流选择。
美国太空探索技术公司正在研发的猛禽发动机,是世界上第一款实用化的大推力液氧甲烷火箭发动机。目前,具有33台猛禽发动机的星舰超重助推器B7已经完成了首次发动机静态点火测试,即将进行轨道飞行试验。