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第744章 氢氧发动机

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聊完关于反导弹系统的事情。

李枭就又和几人聊起了火箭的时间,想要同步卫星发射上去,现在的长征一号火箭可做不到,还需要改进。

在前世,做到达成这一成就的是长征三号火箭,长征一号可万万做不到,各项参数都差上一大截。

就拿起飞推理来讲,长征一号才1020千牛,长征三号足足翻了一倍多,达到了 2962千牛。

运载能力也一样,长征三号达到了1.4吨,而长征一号才有300千克,差了数倍。

这还只是从参数方面对比,毕竟一个火箭定位是近地轨道小型运载火箭,另外一个则是高轨道运载火箭,定位可是不同的,也因此长征三号的各项参数都翻了数翻。

就拿箭体全长和起飞质量来讲。

长征一号的箭体全长是29.46米,而长征三号则达到了52.52米,起飞质量一个只有81.57吨,另外一个则是241吨。

这可不单单是数值的变化,更是制造难度的增大。

在这个年代想要顺利的把长征三号制造出来,至少需要克服三大问题,这首先就是低温推进剂技术以及发动机技术。

要知道长征三号上面,并不是使用的常规发动机,而是大胆采用了氢氧发动机,因为氢氧发动机它的比冲效率极高,真空比冲可达450秒以上,也就是说,可以用更少的燃料产生巨大的推力,这样一来就能显着提升火箭的运载能力。

但想要研究出来的难度可是极高的。

首先就是要面对极低温度的问题,毕竟液氢的沸点是-252.87℃,液氧则是-183℃,这种超低温对燃料的储存、运输以及发动机相关部件的材料选择和隔热技术,要求都是十分苛刻的。

李枭虽然研究出了这种推进剂,但也只不过是实验室级别,想要大规模生产那就难了。

其次就是想要制造出氢氧发动机,这就会涉及到高性能涡轮泵、低温阀门、以及可靠的点火系统等复杂技术。

这些都是很难解决的问题。

不说别的就说高性能涡轮泵,它的难点在于,它要在-253℃的液氢环境中以每分钟数万转的速度高速旋转,并承受巨大的载荷,在这种极端条件下,其转子作为高转速的柔性转子,工作转速通常设计在二阶和三阶临界转速之间,轻微的振动失稳就可能导致灾难性后果。

如果想要解决这一问题,就需要用到特种钛合金,并运用粉末近净成形等尖端工艺,这对材料控制和加工精度要求极高。

此外高速旋转部件之间的动密封技术也十分重要,如果发生泄漏,那么极低温液氢与高温部件接触就会引发严重事故,这些都是需要解决的问题。

在解决这一个问题后,还要解决低温阀门的问题,所谓的低温阀门,它的技术难点核心在于如何在超低温、以及高压环境下,依然能够可靠动作并实现严密密封。

这就需要奥氏体不锈钢、特种铜合金等材料了,只有这些材料才能在低温下保持良好韧性,这些也都是需要研究的。

最后就是点火系统,这也是必须要解决的,如果解决不了这个问题,就算是前面的难题都解决了也没有用。

而它的核心难点在于发射前发动机预冷时会排出部分低温氢气,如果让这些在发射区积聚与空气混合,那么一旦遇到遇点火时候的火焰,或者是静电,就会出现非常严重的问题。

这个时候就需要消氢点火装置了,它会在发动机主点火前几秒启动,利用特殊药剂燃烧产生的高温金属粒子流,将可能积聚的氢气提前安全消除。

这就必须要“准时、准确”,不要说一秒钟了,就算是差0.01秒钟都不行。

可以说整个点火过程的控制时序要求极为精确,必须达到毫秒甚至微秒级,这在后世或许不算什么,毕竟可以电子控制,进行各种设置,但想要在这个年代实现可十分困难。

所以只有解决了高性能涡轮泵、低温阀门和可靠点火系统这几个难题,发动机才能够制造出来。

而这还不算完。

低温推进剂技术也是一个问题,要知道实验室能够作出推进剂来,但不意味着能够量产,这中间需要氢液化器,而国内研究出来的氢液化器,每小时产率仅有10-14升。

其次就是如何研究出适合长期保温的大容量储罐,来防止推进剂快速蒸发,毕竟液氢极度易燃易爆,其蒸汽与空气混合后遇火星即可爆炸,这可是很危险的。

也只有解决了这些问题,才能够成功把发动机研究出来。

其次就是飞行控制系统的研究了,顾名思义飞行控制系统,就是控制火箭姿态,要知道在大型火箭发射的时候,发动机摇摆会产生复杂动力学问题,想要解决这一难点也不容易。

毕竟火箭发射后是不可逆,需应对极端环境,就比如振动、噪声、温度剧变等等,任何微小故障都可能导致任务失败。

所以就需要控制系统架构和软件高度可靠,具备故障诊断、隔离与恢复能力,甚至还要实现自主轨迹规划。

这些只是第一步。

还有就是要解决制导与控制问题,克服弹性振动、复杂动力学、风扰等因素,确保火箭姿态稳定并精确入轨,这就需要姿态控制算法了。

就比如例如采用横法向导引控制、迭代制导等技术。

最后就是多系统复杂协同,把推进、控制、结构等分系统,作为一个整体进行精确控制,而想要解决这些,就需要先解决弹性体、耦合振动等问题。

而这些问题比起第一个难题倒是要好解决一些,毕竟像是弹性体、耦合振动这些问题,在后世虽然无法找到关于长征三号完整的资料。

但这些问题单独去搜索如何解决,也是能够找到的。

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