《流浪地球》液氧甲烷发动机能否推动地球

2019-03-19


      在电影《流浪地球》中,当人类面临提前衰老的太阳吞没地球的威胁时,“地球派”在全世界建起了诸多地球发动机,这些发动机形成了诸多直插天际的等离子体巨柱,发出如日光灯管一样的蓝白色的颜色。这些发动机的工作使地球停止转动并离开之前的公转轨道,踏上流浪之路。
      在真实的航天活动中,火箭起飞时从尾部喷出的火焰,也是由火箭的发动机产生的。从表面上看,这些熊熊燃烧的烈焰似乎比那些笔直的光柱更具气势。然而,电影《流浪地球》中为地球设计的这种发动机方案不但更具备玄幻的科技感,产生的推进效果也要比喷火的化学能发动机要高。

目前因为这种发动机技术还只是在卫星等微小型空间飞行器上被应用,并没有在火箭一级发动机中得到应用。如果未来真的如电影演的那样,那时的中国举全球之力,或许真的能将其变为现实。翻看中国在航天航空方面的发展,中国似乎也确实有着这样的可能。自人类开始学会如何使用火,火箭发动机就是玩火的极致,一般而言作为火箭发动机来说,目前在行业内尤其是进入21世纪以来,无毒、无 污染、高可靠性、高性能、使用维护方便且低成本成为了液体火箭发动机发动机研制方向的主流。它开启了人类航天的新时代。
          这种发动机就是本文要介绍的主角——液氧甲烷液体火箭发动机

(液氧甲烷液体发动机——图片来源:北京宇航推进科技有限公司)
 
        当前国际主流或研制热点的发动机有液氧液氢发动机、液氧煤油发动机和液氧甲烷发动机三种, 均属于低温发动机。随着技术的进步,当前 NASA认为低温推进剂是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂,也是未来 NASA月球探测、火星探测、更远距离深空探测的首选推进剂。
 
液 氧 甲 烷 组 合 的 优 势
 
        依据液氧甲烷推进剂的自身特点及其基本物理特性总结得出其发动机的固有优点如下:

 

发 动 机 技 术 体 系 优 势

低成本商业运载火箭动力需要通过重复使用和降低产品实现过程降低成本,同时需要追求动力系统 具备较高的综合性能和高可靠性,液氢液氧发动机由于推进剂自身昂贵及技术体系复杂,短期内很难实现低成本。本文将重点从如下几个方面论述液氧甲烷发动机相比于和液氧煤油发动机在低成本商业运载火箭动力应用方面的优势。
      国外液氧甲烷发动机趋势综合美国、俄罗斯以及欧洲等国家和地区液氧甲烷发动机的项目进展可以看到,国外液氧甲烷发动机技术的研究正在从技术验证阶段转入型号研制阶段,并且已经取得重大进展。例如,蓝色起源公司的BE4发动机已经完成了第一台发动机的装配,并且开展了大量发动机全尺寸组件的试验 ;Space X 公司的“猛禽”发动机在2015年完成组件试验之后,发动机的试验样机从2016年也开始进行地面试车。预计2020年左右美国的液氧甲烷发动机将具备足够的技术成熟度,能够投入应用。从国外液氧甲烷发动机的技术特点可以看出,发动机均考虑重复使用特性进而降低发动机成本,同时发动机具备变推力工作能力 。
      因此,载人登陆火星的任务使得液氧甲烷发动机会在未来成为重要的发展方向。
      宇航推进作为国内首家全品种商业航天火箭发动机公司现阶段自主研发的液氧甲烷火箭发动机火炬点火器已经成功进行了点火试验。近期将会进行60t20t燃气发生器点火试验。
      愿液氧甲烷这种含碳推进剂中最优秀的组合带着我们探索生命的荣耀,奔向更加深邃的空间!流浪地球也未尝不可!



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