中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

中國新研製出了500噸推力的固體火箭發動機,有媒體稱它是“世界最大推力”的固體火箭發動機,這引起一些朋友的異議:美國太空梭的兩個助推器SRB就是固體火箭發動機,單枚海平面推力1270噸,最大推力達1500噸,怎麼能說我們的最大呢?

還有人說,印度的極地衛星運載火箭PSLV在1994年成功發射,它的第一級用的就是直徑2。8米固體火箭,推力也達到494噸。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

中國500噸推力固體火箭發動機試驗成功

固體火箭的出現比液體火箭早很多,這可真是我們的老祖宗第一個發明。中國四大發明中的一項就是黑火藥,它是混合了木炭粉、硫磺和硝酸鉀的黑色粉末,點火即迅速燃燒。到了宋代,人們用黑火藥作為推進劑做出了第一代固體火箭,今天孩子們過年玩的二踢腳就是古代固體火箭的縮小版。

二踢腳通常有兩種玩法,膽兒小的放在地面點火,膽大的拿在手上,另一隻手點燃引線。與其它鞭炮不同,二踢腳的引線通常從側面引出,點著之後,燃燒的火藥氣體先從底部猛烈噴出,透過反作用力將鞭炮推到高空,緊接著鞭炮上端的火藥被引燃,發出“啪”的一聲。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

二踢腳就是微型固體火箭

二踢腳像一枚小小的火箭,它的下半部分就是最原始的固體火箭發動機。

相較於液體火箭發動機,固體火箭具有結構簡單、推力強大的特點,因此被業餘火箭愛好者廣泛使用。許多模型火箭、科學探空火箭大多采用固體火箭發動機。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

固體火藥燃燒噴出氣體產生推力

液體火箭發動機不包括燃料,固體火箭發動機不同,它一定包含了固體燃料、裝燃料的殼體、噴嘴和點火裝置,實際上除了控制部分外它看起來就是一枚火箭。

決定固體火箭發動機推力大小的因素包括噴口設計、燃料種類,以及裝燃料腔室的大小。液體火箭的化學反應過程是在發動機的燃燒室裡完成,固體火箭卻是在它的燃料箱裡,你的火箭越粗,就越可能獲得更大推力。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

液體火箭與固體火箭的區別

由於液體火箭的化學反應主要在它的發動機燃燒室裡,火箭外殼主要起一個包絡作用,所以它可以採用鋁合金或其它輕質材料的薄壁結構。固體火箭的燃燒主要在它的箭體燃料艙裡,要想獲得更大推力,燃料艙內部的壓力必然巨大,甚至會爆裂開來。所以固體火箭的外殼要非常堅固,大多采用鋼筒,並且它的內壁還要有一層耐高溫的抗燒蝕材料,這樣一來就造成了固體火箭的死重很大。

美國太空梭助推火箭裝了500噸推進劑,但總質量達591噸,空重91噸,佔比15。4%;印度PSLV第一級攜帶138噸推進劑,空重達30。2噸,佔比18%。這兩型火箭全部採用了高強度合金鋼筒做外殼。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

美國太空梭助推火箭與印度PSLV第一級

細心的你肯定注意到一個細節:美印這兩型火箭它實際是分節的。

美國SRB助推火箭由7個部分構成,外徑達3。71米,其中有4段是裝填了燃料的增壓器。我們在前邊說了,固體火箭的內部腔室越大,同時參與燃燒的推進劑越多,它的內部壓力就越大,獲得的推力也就更大。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

美國SRB有4個增壓器

太空梭助推火箭的直徑更大,同時也因為它把4個增壓器摞了起來,這樣就得到了遠超過單臺發動機的推力值。在哥倫比亞號太空梭2003年墜毀之前,NASA曾經計劃把SRB火箭再加一個增加器,由4個變成5個,這樣兩枚火箭就能多帶9。1噸的貨,但最後沒能實施。美國新的空間發射系統(SLS)再次把這個設計撿起來,所以我們接下來可以看到5段固體助推火箭發射升空,並且由於不考慮回收,自重更輕,它的推力會比之前4段火箭增加25%。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

SLS火箭的助推器使用5段增加器

我沒有找到美國SRB火箭單個發動機的最大推力值(不能簡單做除法),從4節海平面總推力1270噸算,其單節最大推力應該不超過500噸。中國新固體火箭發動機直徑3。5米,比美國SRB的3。71米細,因此將500噸的推力值稱為“整體式全球最大”也不算吹牛。

中國新固體火箭發動機推力500噸,到底有多強?

中國500噸級固體火箭發動機

固體火箭發動機的一個優點就是它可以透過新增新分段來增加推力,所有國家的火箭設計師都知道應該怎麼做,航天科技四院已經基於500噸推力的固體發動機開展了5分段火箭的研究。由於我們的固體火箭外殼採用碳纖維材料,它比鋼輕並且強度更高,因此相信新的火箭超過千噸推力是完全沒有問題的。