曾經你對我嗤之以鼻,現在你對我望塵莫及,這就是 SpaceX 火箭回收現狀,火箭回收難在哪里?一開始我以為難在位置控制,今天我才發現原來是難在流量(推力)控制。
火箭回收只能使用液體推進劑,液體燃料有液氫(LO2)、液甲烷(LNG)(主流)和煤油,助燃劑是液氧,火箭發動機就是通過燃燒燃料來獲取推力,推力的大小跟燃燒的量有關,燃料和液氧的流量越大,推力就越大,火箭發射的時候是燃料流量全開的模式,但火箭回收的時候就需要小流量精確調節,進而實現火箭回收推力的精確控制,在速度降為0的時候正好落在地面上,那么火箭回收難在哪里呢?
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火箭回收難在位置控制,其實這只是表層,其本質是難在小流量(推力)調節,推進劑小流量精確調節理論上就實現不了。
剛在看液甲烷設備的招標書,其中評分項里有一條關于控制閥流量調節的要求:“流量控制閥應能夠在裝車初始階段實現小流量精確調節,開度約 5%”,這條要求我問了3家供應商,給我的答復都是做不到。
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流量調節閥一個重要參數就是通徑,選型時需要根據流量大小選擇合適的通徑,如果你的上游管子很粗,但如果你調節的流量比較低的話,就要選擇一個小口徑的調節閥。
流量調節閥另一個重要參數就是流量特性,通常設計為等百分比,在小流量區間(0~10%)時,行程的變化對流量的影響很小,在大流量區間時,行程的變化對流量又太敏感,因此選型時需要根據流量大小,將流量調節閥范圍設置在中間區間。
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火箭發動機推進劑的流量調節和上述的流量調節閥一樣,在發射時需要大流量,但在回收時又需要小流量的精確調節,這兩者之間就是矛盾的,就是一根很粗的水管,本來是灌溉農田用的,你非要讓它精確地灌到你的水杯里。
為什么SpaceX公司的大型火箭能實現火箭回收?我個人認為越大的火箭越容易實現回收。獵鷹 9 號(Falcon 9)一級總發動機 9 臺,回收著陸時 用 3 臺(中心 1 臺 + 外圍 2 臺),為什么著陸時只用3臺?顯然 SpaceX 通過著陸時減少發動機點火的數量來實現推力的精確調節。
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小流量的精確調節非常困難,因此單臺發動機的火箭很難實現回收。
以上是個人愚見,只起拋磚引玉,期待專業大神指正。
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