曾经你对我嗤之以鼻,现在你对我望尘莫及,这就是 SpaceX 火箭回收现状,火箭回收难在哪里?一开始我以为难在位置控制,今天我才发现原来是难在流量(推力)控制。
火箭回收只能使用液体推进剂,液体燃料有液氢(LO2)、液甲烷(LNG)(主流)和煤油,助燃剂是液氧,火箭发动机就是通过燃烧燃料来获取推力,推力的大小跟燃烧的量有关,燃料和液氧的流量越大,推力就越大,火箭发射的时候是燃料流量全开的模式,但火箭回收的时候就需要小流量精确调节,进而实现火箭回收推力的精确控制,在速度降为0的时候正好落在地面上,那么火箭回收难在哪里呢?
火箭回收难在位置控制,其实这只是表层,其本质是难在小流量(推力)调节,推进剂小流量精确调节理论上就实现不了。
刚在看液甲烷设备的招标书,其中评分项里有一条关于控制阀流量调节的要求:“流量控制阀应能够在装车初始阶段实现小流量精确调节,开度约 5%”,这条要求我问了3家供应商,给我的答复都是做不到。
流量调节阀一个重要参数就是通径,选型时需要根据流量大小选择合适的通径,如果你的上游管子很粗,但如果你调节的流量比较低的话,就要选择一个小口径的调节阀。
流量调节阀另一个重要参数就是流量特性,通常设计为等百分比,在小流量区间(0~10%)时,行程的变化对流量的影响很小,在大流量区间时,行程的变化对流量又太敏感,因此选型时需要根据流量大小,将流量调节阀范围设置在中间区间。
火箭发动机推进剂的流量调节和上述的流量调节阀一样,在发射时需要大流量,但在回收时又需要小流量的精确调节,这两者之间就是矛盾的,就是一根很粗的水管,本来是灌溉农田用的,你非要让它精确地灌到你的水杯里。
为什么SpaceX公司的大型火箭能实现火箭回收?我个人认为越大的火箭越容易实现回收。猎鹰 9 号(Falcon 9)一级总发动机 9 台,回收着陆时 用 3 台(中心 1 台 + 外围 2 台),为什么着陆时只用3台?显然 SpaceX 通过着陆时减少发动机点火的数量来实现推力的精确调节。
小流量的精确调节非常困难,因此单台发动机的火箭很难实现回收。
以上是个人愚见,只起抛砖引玉,期待专业大神指正。
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