爆炸与冲击

30个发动机的N1火箭爆炸了,29个发动机的星舰凭 

来源:爆炸与冲击 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-08-11

历史上最大的火箭诞生于尘土飞扬的建筑工地上。

这家伙高约120米,直径约9米,有着惊人的推力6670吨,远超史上最大火箭推力。看着超重的猎鹰底部密密麻麻的发动机,不少网友表示不淡定。

星舰 I 级是一种超重型猎鹰火箭,由 29 个“猛禽”发动机提供动力。这么多发动机并行,这火箭能行吗?

问题一

每个引擎不能保证100%可靠.大量发动机并联的故障率会显着增加。如果一台发动机出现问题,火箭就会在空中“放烟花”。

这确实是个问题,但是如果一个引擎出现问题,火箭会“放烟花”被夸大了。

并行控制的优点是其中一个引擎故障不会影响控制的其他引擎。就像你家的电灯一样,如果房间里的灯泡坏了,也不影响其他地方的电灯使用。

另外,超重型猎鹰火箭的29个发动机是并联控制的,在设计上考虑了动力冗余。在 1 或 2 个发动机故障的情况下,火箭仍然可以有足够的推力。

在多发并联方面,很多网友喜欢拿前苏联的N1火箭比30发。事实上,N1火箭的几次故障并不是由发动机故障直接引起的。直接原因是控制问题。根本原因是整个项目时间仓促,资金有限。

2021年超重型猎鹰火箭,不顾整机稳定性,或者说猛禽发动机的可靠性,无论是N1火箭还是NK33发动机,都不是几十年前能比的。

现在的火箭全身都有传感器,几乎任何地方的异常都可以监测到。火箭共振、发动机核心温度、压力输出、涡轮泵流量等一系列参数都实时显示在大屏幕上,供技术人员分析,及早采取对策。

问题二

多个引擎如何连接平行线?确保它们同步?如果发动机推力出现异常,火箭可能会失去控制。

事实上,很多人都忽略了过去几十年人类在自动控制方面的成就。包括控制芯片、传感器、控制算法和通信技术的快速进步,计算机处理能力呈指数级增长。几十台发动机同步控制,真的很容易。

在大型工程建设中,我们经常看到一群千斤顶起重大件整体结构非常流畅。这实际上是一种计算机控制的集群式液压千斤顶整体顶升方式,利用计算机控制的快速实时性,实现多台千斤顶的同步。

此外,近期流行的大型无人机秀也同样如此,都是应用了最新电脑控制、无干扰即时通讯、精准定位等最新技术。

问题三

不锈钢比合金重。全不锈钢星舰能飞上太空吗?

印度的GSLV.MK3火箭是目前世界上唯一使用不锈钢的火箭火箭。它的起飞重量达到了640吨,但它的承载能力只有10吨左右,承载效率只有1.15%,成为航天界的笑话。

Spacex 的全不锈钢星舰也会面临这样的问题吗?

Starship Level 2 需要加载到大气层中。如果采用碳纤维等较轻的材料,再加上覆盖全身的隔热瓦等附加物,整体重量也不会轻多少。

不锈钢的耐热性远高于碳纤维材料。在星舰再入过程中,无需在背风侧安装隔热罩。在马斯克的极端压力下,不锈钢圆筒的厚度不断减少。这样一来,不锈钢在 Starship II 上的使用就不会那么重了。

至于未入轨的超重型猎鹰火箭,干重量优化在160吨到200吨之间,对于这么大的火箭,我不觉得这个重量太重了吧?

不过胖一点也没关系,减得不够也没关系,加油吧! 29台猛禽发动机,6670吨推力,还有什么好担心的?

Spacex 在多引擎并行控制方面非常有经验。重型猎鹰火箭由三个“猎鹰9”火箭CBC结构组成,共27个发动机。

超重型猎鹰火箭,仅比重型猎鹰火箭多2个发动机仅,后者已经实现了3次成功发射。

此外,计算机模拟软件的兴起也为星舰降低了很多风险。通过已知的输入参数,模拟火箭飞行过程中可能出现的各种问题,从而在设计和制造过程中得到解决,这在几十年前是不可想象的。

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