Chiến thuật tiếp theo của động cơ Rocket đã bị pha trộn

Trong nhiều thập kỷ, việc thám hiểm không gian đã dựa vào hai loại động cơ đẩy chính của tên lửa: động cơ nhiên liệu rắn và động cơ xử lý lỏng. mỗi động cơ xử lý lỏng (hoặc thỉnh thoảng ngược lại), động cơ lai hứa hẹn để cung cấp tốt nhất cả hai thế giới: sự đơn giản và an toàn của động cơ điện tử trot và khởi động lại khả năng lỏng. Khi ngành công nghiệp không gian đẩy mạnh tới một nguồn nhiên liệu linh hoạt hơn, và có thể sử dụng lại hợp lý, các nhà nghiên cứu và các công ty khác có thể sử dụng lại sự chú ý của chính phủ và các công ty khác nhau.

Các động cơ tên lửa lai hoạt động như thế nào

Trong một tên lửa lai điển hình, một hạt nhiên liệu đặc, một chất lỏng hoặc khí oxy (tải ni-tơ, oxy hoặc hydro peroxide) được tiêm qua đầu, chảy trên bề mặt của hạt nhiên liệu. Bộ lọc oxy hóa phản ứng với nhiên liệu bốc hơi trong ngọn lửa khuếch tán đốt dọc theo bề mặt. Cấu hình này vốn là từ tên lửa rắn (dùng để chế tạo chất đốt và chất lỏng, chất lỏng và chất lỏng được dự trữ qua cả hai chất lỏng).

Vì máy oxy hóa có thể được điều khiển chính xác thông qua van, động cơ có thể bị bóp, tắt, và thậm chí được khởi động lại trong chuyến bay những khả năng cực kỳ khó khăn hoặc không thể sử dụng tên lửa rắn. đồng thời, hạt nhiên liệu rắn bị làm nhiễu cho đến khi tiếp xúc với bộ chế biến oxy, làm cho tên lửa lai được an toàn hơn đáng kể để sản xuất, vận chuyển và xử lý hơn hệ thống song song với chất lỏng với chất tăng áp hay động cơ gây đột biến.

Lợi thế chủ yếu vượt qua sự tán dương truyền thống

Tăng cường sự kiểm soát và tăng cường

Khả năng thay đổi lực đẩy trong thời gian thực là một bộ thay đổi trò chơi cho nhiều hồ sơ nhiệm vụ. Dòng chảy oxy hóa lỏng có thể được điều chỉnh để đạt được thiết lập ga chính xác, cho phép hạ cánh mềm trên bề mặt hành tinh, thao tác chuyển động quỹ đạo, và thay đổi quỹ đạo bay lượn. Động cơ đặc, tương phản, đốt cháy ở một tốc độ cố định, không cho phép tham gia hoạt động vòng xoay.

Sự an toàn vô tận và sự phức tạp giảm đi

Động cơ phụ mang nhiên liệu như một chất rắn ổn định, không được sử dụng. nhiên liệu và oxy hóa không được trộn cho đến khi cháy, loại trừ nguy cơ rò rỉ nhiên liệu khủng khiếp hoặc nổ máy bay trong các hoạt động dự trữ và trước khi bơm khí nén.

Hiệu quả và khả năng sản xuất chi phí

Hạt nhiên liệu đặc có thể được sử dụng một cách đơn giản, và nhiều hệ thống lai sử dụng các loại ô-xi hóa không tái tạo được. điều này làm giảm nhu cầu về cơ sở hạ tầng đông lạnh và thiết bị xử lý đặc biệt chuyên biệt. vật liệu và chi phí sản xuất làm cho hệ thống lai trở nên hấp dẫn đối với các phương tiện phóng và tên lửa âm thanh, nơi mà ngân sách bị hạn chế đặc biệt chặt chẽ.

Sự thân thiện với môi trường

Many hybrid propellant combinations produce clean exhaust products, often consisting mainly of water, carbon dioxide, and nitrogen. For example, a common hybrid using HTPB fuel with nitrous oxide yields nearly nontoxic exhaust. This contrasts sharply with the chlorine-based exhaust from many solid boosters (which contributes to ozone depletion) or the toxic hypergolic propellants used in some liquid systems.

Những thách thức về kỹ thuật và giao dịch

Bất chấp lời hứa của họ, động cơ tên lửa lai không phải là không có giới hạn. Một trong những rào cản kỹ thuật chính là tỷ lệ hồi quy tương đối thấp- tốc độ mà hạt nhiên liệu đặc đốt cháy. Bình nhiên liệu phụ truyền thống như HPB đốt chậm, hạn chế tỷ lệ đẩy- trọng lượng và cần thiết các vùng bề mặt lớn để đạt được lực đẩy cần thiết. Các nhà nghiên cứu đã chỉ định điều này bằng cách tổng hợp năng lượng phụ (v. g. g., bột nhôm) hoặc bằng cách sử dụng nhiên liệu phân hủy cao như sáp, mà một lớp mỏng, không ổn định, làm tan chảy mà tăng cường nhiên liệu và tăng tốc độ năng lượng.

Một thách thức khác là tỉ lệ hỗn hợp thay đổi trên độ cháy. khi hạt nhiên liệu giảm, các thay đổi hình học, thay đổi tỷ lệ nhiên liệu để tiêu hóa và có khả năng giảm hiệu suất kích thích cụ thể hoặc đốt cháy hiệu suất. Thiết kế ngũ cốc cẩn thận và hệ thống điều khiển nguồn cấp dữ liệu là cần thiết để duy trì hiệu suất tối ưu trong suốt quá trình đốt cháy. Ngoài ra, động cơ lai thường có những xung lực đặc biệt thấp hơn động cơ lỏng có hiệu suất cao (v. g. g. LX/LH2), làm cho chúng ít phù hợp hơn cho một số nhiệm vụ cao-E.

Sự tắc nghẽn trong động cơ lai cũng có thể phát sinh bởi các động cơ điện khác nhau. Các chất gây cháy trong buồng đốt có thể kết hợp với hồi quy nhiên liệu và tiêm oxy hóa, dẫn đến sự tăng áp suất hoặc bỏng. Hệ thống điều khiển hoạt động, thiết kế tiêm cao, và kỹ thuật làm ẩm đang được phát triển để giảm thiểu các vấn đề này.

Những cuộc nghiên cứu gần đây

Tiến trình chính đã được tiến hành trong hai thập kỷ qua, đặc biệt trong quá trình phát triển của nhiên liệu có mức độ tăng trưởng cao. Các nhiên liệu phụ thuộc vào dù (FLT:0) đã được phát triển [FLT] và Đại học Stanford đã hiển thị tỷ lệ đốt lên gấp bốn lần so với mức độ thông thường của HRB, cho phép cấp đẩy nhỏ cho các phương tiện phóng trung bình. Các công ty tư nhân như Rocket Lab lúc đầu đã phát triển các lựa chọn lai trước khi xử lý, nhưng các thiết bị đẩy mạnh như[FL] [FL]: 2], [FL] Rockety: tính năng lượng của dự án Washington [FL] và tiếp tục hoạt động phòng thí nghiệm.

Trong lĩnh vực phòng thủ, không quân Hoa Kỳ và DARPA đã tài trợ nghiên cứu về động cơ lai cho các tên lửa chiến thuật và máy bay không người lái, nơi mà đường ống và an toàn là quan trọng. các cơ quan không gian Châu Âu, kể cả ESA, đã thử nghiệm các giai đoạn i-scup và các thay thế màu xanh lá cây. Việc sử dụng các sản xuất phụ (3D) để sản xuất nhiên liệu hạt cho phép các mô phỏng phức tạp về địa lý, giúp cải thiện sự hòa nhập và đồng nhất trong các chương trình kỹ thuật không gian đang hướng dẫn nghiên cứu.

Những hệ thống và nhiệm vụ chung có uy tín

Một số chương trình lịch sử và hoạt động đã chứng minh lực đẩy lai trong máy bay:

  • Các phương tiện phụ này dùng nhiên liệu điện tương tự bằng ni-tơ và SpaceShip 2 ) [FLT: 1] (Scalites / Virgin Galtic): hệ thống này dùng nhiên liệu động cơ pha trộn với ni-tơ lỏng (NNNNNNNĐ) để điều khiển một chiếc xe chạy mịn, an toàn và có thể đóng cửa ngay lập tức trong trường hợp khẩn cấp.
  • TERRA (Sự bất chấp của Washington): Một tên lửa lai sinh viên đã đạt đến độ cao 100km, thắng giải đấu giữa các vũ khí tên lửa Rocket năm 2019.
  • Tên lửa bắn tỉa ) (NASA's Wallops Clifecence): chuyến bay thử nghiệm lai đã được sử dụng để nghiên cứu hiện tượng khí quyển cao và kiểm tra các dạng nhiên liệu mới.
  • Một số nghiên cứu đã đánh giá động cơ lai cho khả năng xoay và xử lý an toàn của chúng, là thiết yếu để phi hành đoàn đáp xuống mặt trăng hoặc sao Hỏa.

Để có một tổng quát về lịch sử tên lửa lai, Hiệp hội tên lửa Hoa Kỳ duy trì một cơ sở dữ liệu tuyệt vời của người lai bay-proven.

Những ứng dụng có thể xảy ra trong các trường học sắp đến

Xe chạy được

Trích dẫn và khởi động lại khả năng làm cho động cơ lai mạnh hơn cho các giai đoạn đầu tiên và thứ hai có thể tái sử dụng một giai đoạn đầu tiên có thể thực hiện một vụ đốt cháy trở lại có kiểm soát và sau đó kéo dài xuống để hạ cánh theo chiều dọc, tương tự như con chim ưng 9 của SpaceX nhưng không có sự phức tạp và nguy cơ của khí Mê tan lỏng hoặc nhiên liệu hóa.

Du lịch xuyên quỹ đạo và điểm-đi-tắm

Sự thành công của thiên hà Trinh nữ đã chứng minh khả năng của động cơ lai cho các phương tiện vận chuyển hành khách. an toàn và xác định lực đẩy mịn cho phép họ có thể giảm thiểu các trải nghiệm bay. một số người khởi động đang phát triển các máy bay không gian lai để di chuyển siêu tốc độ, nơi mà khả năng tắt và khởi động lại sẽ được yêu cầu để điều chỉnh quỹ đạo bay.

Khoảng cách xa và sự thâm nhập tài nguyên

Đối với các nhiệm vụ không gian sâu sắc, động cơ phụ có thể kết hợp với các máy lọc oxy hóa không gian không gian, có thể điều khiển được để tạo ra nhiều vết bỏng trong nhiều năm. Trên mặt trăng hay sao Hỏa, nhiên liệu rắn có thể được sản xuất từ các nguồn tài nguyên trong không khí (v.v., xử lý nội dung cho bột nhôm), trong khi bộ chế biến oxy có thể được sản xuất từ bầu khí quyển hoặc nước. Động cơ thủy tinh dùng dù và oxy (được tạo từ khí CO2) hiện tại (FL: 0AS: 0AS).

Vệ tinh và quỹ đạo hoạt động

Hệ thống đẩy bằng thủy tinh đang được thiết kế cho vệ tinh nhỏ và phương tiện chuyển đổi quỹ đạo. khả năng khởi động lại của chúng cho phép điều chỉnh nhiều quỹ đạo, còn nhiên liệu rắn có thể được đóng gói trong những hạt đặc, tiết kiệm được khối lượng so với các bồn chứa chất lỏng riêng biệt.

Kết luận

Động cơ tên lửa lai có một vị trí đặc biệt trong các giai đoạn đẩy, chúng đang chứng minh sự pha trộn của sự an toàn, khả năng điều khiển và hiệu quả cao. trong khi chúng không thể thay thế động cơ xử lý chất lỏng có độ phóng lớn, hay động cơ nâng cao, hay động cơ đẩy mạnh tích hợp để tăng cường lực cho các giai đoạn, chúng đang chứng minh lý tưởng cho các ứng dụng nơi mà trục trặc, khởi động lại, và xử lý an toàn là tối quan trọng. tăng tiến trình tăng cường nhiên liệu, và có khả năng sử dụng các thiết kế ngũ cốc, và điều khiển năng tích cực là việc đóng cửa hiệu suất hoạt động. khi ngành công nghiệp không gian hướng tới các ứng bền vững, và hoạt động lại hệ thống tự động, và hoạt động lại hệ thống tự động, tăng lên cả hai chức năng quan trọng hơn và có khả năng truy cập vào quỹ đạo và tăng cường của chúng có khả năng sử dụng phi thuyền mới.