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Nature » 天文(五)——SpaceX(2)

2020-08-08 :: 4911 Words

SpaceX(续)

超声速燃烧冲压式发动机,它简称超燃冲压发动机,可以在攀升过程中从大气里获取氧气。放弃携带氧化剂,从飞行中获取氧气,节省重量,就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下,超燃冲压发动机能够产生4倍于火箭的推力。

根据相关人士的评估,如果让第二级省的燃料有效果,第一级至少要爬到30公里,速度达到马赫5。低于这个数,跟普通地面发射火箭相比,增益不大。

在马赫数3以下,普通的航空发动机还可以冲一冲,但马赫数3以上,人类至今没有能用的可以吸入大气中氧的航空发动机,现在提出的很多概念,比如超燃冲压发动机、旋转爆轰发动机都是为Ma3以上准备的,困难重重,进展特别慢。

https://www.zhihu.com/question/268278478

腾云工程的空天飞机和美国退役的航天飞机有区别么?


小布什签署的美国航天发展规划,直接规定了要求NASA退出近地空间,要求他们重新带领美国航天天顶科技。与此同时,美国的商业航天开始全面崛起,后来大名鼎鼎的space-x,bigelow,blue origin大都从此时起步。

奥巴马任期内美国商业航天的崛起就不必说了,经过全面扶植,space-x迅速成长为可以对抗任何一个国家发射市场的公司,在2018年甚至有能力挑战美国之外所有国家的总和。而NASA的焦点则全面转向深空,各种大型空间望远镜、昂贵的火星探测、木星土星探测,都达到人类历史上的巅峰。


目前最出风头的三家私人航天公司,按技术水平来比较,大致是这样的:

维珍:本科在读。

蓝色起源:名校博士,目前在某知名教授手下做博士后,未来很有可能拿诺贝尔奖。

SPACEX:靠博士论文拿了一个诺贝尔奖,刚当教授又拿了一个诺贝尔奖,公然宣称本学科内除了自己外,都是傻B,在学界名声很坏。

Blue Origin飞行高度倒是实打实的超过了100km的卡门线,算是真正进入太空了,比前几天维珍银河布兰森上到的耍流氓高度86km要靠谱一些(只有美国认的太空界限标准80km,国际标准100km)。

新谢泼德号火箭(New Shepard Rocket Ship)是蓝色起源公司所属的火箭。

人类第二个宇航员,美国的Alan Shepard,仅仅也就比加加林晚了23天!不靠搜索引擎,没人知道他的名字!连美国人自己都不熟。

美国这一轮商业航天浪潮最大的特征之一就是各大航天企业纷纷主动对航天”祛魅”,把过去那种航天员需要严苛的训练、过人的身体素质等宣传概念尽数打碎,不管是SpaceX还是蓝色起源等航天企业,这些年都在把癌症患者、残疾人、老人等群体往天上送,航天员需要训练但是不需要像很多人刻板印象中那样”特种兵”训练。

1962年2月20日,John Glenn乘坐友谊7号飞船升空。他驾驶水星飞船在260千米高的轨道上进行了3圈轨道飞行,历时4小时55分23秒,完成美国首次轨道飞行。

Alan Shepard首次飞行高度达到了约187千米(超越卡门线),降落点距发射地点约486千米,但未入轨。

新格伦的结构设计也非常保守,其一二级均采用正交网格铝合金贮箱,虽然都采取了共底设计,但既没有采用铝锂合金和复合材料,也没有采用压力稳定(半气球)贮箱。再加上蓝色起源在最初设计时意图通过加强一子级结构和热防护(使用大型发动机舱包裹发动机)、以及提高气动性能(加装边条翼和全动气动舵面)来省去再入点火的需要,结果导致新格伦的一子级死重太大,其质量比据估算只有11-12(NSF推测干重约100吨、燃料加注量1,150吨,实际公开数据表明一级加注量约1,250吨),可谓低得离谱——连同为液氧甲烷火箭的火神,一子级的质量比都有13.3,至于F9那超神的一级质量比(不同型号和资料来源声称16.5-19)更是没法比了。

更不幸的是,在付出了如此巨大的代价之后,目前新格伦的回收依然无法像其最初预期的那样省略再入点火。。。

https://www.zhihu.com/question/469479395

如何评价维珍银河创始人布兰森成功完成首次亚轨道旅行,全程失重4分钟,最高点海拔86千米?

https://www.zhihu.com/question/473476687

世界首富贝索斯7月20日完成太空旅行,全程持续11分钟,有哪些信息值得关注?

https://mp.weixin.qq.com/s/RPcbBqUP7wl-4fgfiiUAVg

为什么亿万富翁都想上天?

https://www.zhihu.com/question/9743739318

如何评价2025年1月16日蓝色起源新格伦火箭首飞?

https://www.zhihu.com/question/1971013958128367353

蓝色起源的“新格伦”火箭搭载火星探测器升空,第一级首次成功回收,哪些地方值得关注?(2025.11.14)

https://www.zhihu.com/question/1974649803846746777

为何火神火箭采用回收主发动机方式而不选择猎鹰9或新格伦那样回收火箭一级的方式?以及各自优缺点是什么?

https://www.zhihu.com/question/2029283305942459114

如何看待蓝色起源公司“新格伦”火箭第三次试飞二级故障,载荷未进入预定轨道?(2026.4.19)


先开发一台具有垂直起降能力的小号原型机,在这个基础上放大推力、优化参数,开发更大型号的原型机。重复这个放大过程直到技术足够成熟。

https://www.zhihu.com/question/352621717

为什么贝索斯拥有和资助的蓝色起源公司没有实现SpaceX的成就?


在航天飞机完蛋后,空射方案一度是最主流的低成本发射思路。其实从经济角度来看并不是很合算,因为大型运输机的速度不会超过音速,而火箭入轨至少要23倍音速,飞机能提供的速度增量太低了。白嫖高度带来的节约就更少了。真正有用的也就是减少了1万米以下这段的空气阻力,节约的燃料很有限。

被寄予厚望的微软创始人投资的平流层发射系统,造一架史无前例的大飞机,运火箭到高空发射,下一步是开发专用航天飞机。

结果SPACEX发明了垂直回收火箭,把桌子掀了。

原本空射火箭还有最后一个优点,就是快速发射。一些军方的紧急任务只有飞机空射能满足,这也是为什么轨道科学很早就搞出了空射火箭。但是现在SPACEX两次任务的间隔只有几天,再也不是以前准备一枚火箭需要几个月的时代了。

https://www.zhihu.com/question/592998807

维珍轨道宣布将裁掉几乎全部员工,并停止运营,从商业角度如何看待企业此举?


轨道科学公司:

发动机方面:跑去俄国廉价采购了一批退役封存的苏联时代的NK-33液氧煤油发动机。

火箭方面,火箭第一级找到乌克兰的尤日诺耶设计局设计,在乌克兰的尤日玛什工厂负责制造。嗯,先不管是否有助于自己技术培养,估计以乌克兰的工资水平确实能省下一大笔钱。

飞船倒是自己研制的,但也只是传统的一次性飞船,中规中矩。

比较搞笑的是这些库存几十年的老发动机确实不可靠,2014年,一枚安塔瑞斯火箭因发动机故障在发射时爆炸。

事故后,轨道科学公司停止使用这款发动机,怎么办呢,找到俄国购买另一款前苏联技术遗产,RD-181发动机。


Space X的ABC轮都是马一龙和其它高管自己的钱,D轮开始才有外部投资,F轮才开始拿VC的钱。

A股上市公司利欧股份斥资5000万美元投资马斯克旗下的Space X,不料惨遭退回。


不使用火箭的航天技术路线:质量加速器 (Mass Driver)、发射回路 (Launch Loop)、张拉整体环 (Tethered Ring)、轨道环 (Orbital Ring)。

https://www.zhihu.com/question/652394786

如果地球所剩火箭发射资源不足以支持一次发射任务,人类是不是就被困死在地球了?


马斯克不去支持懂王,starship会被民主党卡住,飞不了死在地上。

马斯克去支持懂王,starship会因为缺少管理,而炸在天上。

https://www.zhihu.com/question/14286078806

如何看待SpaceX的Starship第八飞二级失控?(2025.3.7)


因为梅里迪斯热推力效应,火箭在海平面静推力大于全部发动机海平面推力和。

梅里迪斯效应效应冷却器通过绝热压缩增加截面积、定压加热缩小截面积、绝热膨胀增加截面积三个阶段对流经梅里迪斯效应冷却器的空气做功增加空气排气速度产生额外推力。

早在20世纪20年代,美民间航空爱好者Eugene Michael Gluhareff制作了一种简易的三级燃烧室梅里迪斯效应的小型无转子喷气发动机。

https://www.zhihu.com/answer/3547416540

梅里迪斯效应

https://www.zhihu.com/question/52796057

什么是梅里迪斯效应?


奥伯特效应(Oberth Effect):火箭在速度越快的时候点火推进,获得的动能增量越大。探测器先借助行星引力加速(引力弹弓),在速度最高点附近点火,最大化利用燃料。旅行者号、新视野号等任务都利用了这一原理。

传统卫星使用氙气霍尔电推,星链是第一个使用氪气电推,现在v2mini上使用的是全球首创的氩气霍尔电推。

氩气在空气体积占比0.934%,是空气第三大组分,含量碾压所有其他稀有气体。

K39聚变路线:

\[\begin{align*} \ce{^{12}C + ^{12}C} &\to \ce{^{24}Mg + \gamma} \\ \ce{^{24}Mg + ^{4}He} &\to \ce{^{28}Si + \gamma} \\ \ce{^{28}Si + ^{4}He} &\to \ce{^{32}S + \gamma} \\ \ce{^{32}S + ^{4}He} &\to \ce{^{36}Ar + \gamma} \\ \ce{^{36}Ar + n} &\to \ce{^{37}Ar + \gamma} \\ \ce{^{37}Ar} &\to \ce{^{37}Cl + e^- + \bar{\nu}_e} \\ \ce{^{37}Cl + n} &\to \ce{^{38}Cl + \gamma} \\ \ce{^{38}Cl} &\to \ce{^{38}Ar + e^- + \bar{\nu}_e} \\ \ce{^{38}Ar + n} &\to \ce{^{39}Ar + \gamma} \\ \ce{^{39}Ar} &\to \mathbf{\ce{^{39}K + e^- + \bar{\nu}_e}} \end{align*}\]

K40聚变路线:

\[\begin{align*} \ce{^{12}C + ^{12}C &-> ^{20}Ne + ^{4}He} \\ \ce{^{20}Ne + ^{4}He &-> ^{24}Mg} \\ \ce{^{24}Mg + ^{4}He &-> ^{28}Si} \\ \ce{^{28}Si + ^{4}He &-> ^{32}S} \\ \ce{^{32}S + ^{4}He &-> ^{36}Ar} \\ \ce{^{36}Ar + ^{4}He &-> ^{40}Ca} \\ \ce{^{40}Ca + n &-> ^{40}K + ^{1}H} \end{align*}\]

Ar40主要K40衰变得到。

https://mp.weixin.qq.com/s/sPTRKfuhEc0xx7GacomxkA

霍尔效应推进器

https://www.zhihu.com/question/425823778

重力多大的星球无法发射化学火箭?

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