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EELV火箭王牌发念头RD-180的前世今生(上)

本文摘要:泉源|超超级Loveovergold前言:都知道美国和北极熊是冤家,不外美国军事和国家宁静发射的主力――宇宙神5火箭却戏剧性用上了苏联基因的RD-180发念头!然而迩来美国又试图摒弃这款发念头,这究竟是怎么回事?本期就来谈一谈RD-180的故事。从20世纪80年月末到90年月初这段时期是美国太空航行特别崎岖的时代。 航天飞机一度如日中天,险些垄断所有发射业务,留下几款50年月洲际导弹生长而来、性能低下的运载火箭做搭档。

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泉源|超超级Loveovergold前言:都知道美国和北极熊是冤家,不外美国军事和国家宁静发射的主力――宇宙神5火箭却戏剧性用上了苏联基因的RD-180发念头!然而迩来美国又试图摒弃这款发念头,这究竟是怎么回事?本期就来谈一谈RD-180的故事。从20世纪80年月末到90年月初这段时期是美国太空航行特别崎岖的时代。

航天飞机一度如日中天,险些垄断所有发射业务,留下几款50年月洲际导弹生长而来、性能低下的运载火箭做搭档。直到1986年1月,“挑战者”号航天飞机凌空爆炸,4月18日接踵而至的鼎力大举神34D火箭发射KH-11失败,险些遭遇了航天休克――所有军事发射都停止了快要一年;同时陪同着欧洲阿里安运载火箭的成熟,美国担忧商业太空发射市场可能会随之转移。

另外1991年苏联的完蛋导致美国国防预算下降,种种军事项目合并。上述形势的生长导致新型运载火箭的需求迫切!既需要为军队提供有保障的空间,也需要能确保美国在商业发射上的霸主职位,而且还要具备足够的成本竞争力,把其时LEO高达1.1~2.2万美元/公斤的发射价钱降下来。一、昔日冷战冤家携手互助对于解体后的俄罗斯,是继续反抗还是互助?事实上,苏联几十年在航天的投入为俄罗斯留下了丰盛的航天技术储蓄,同时解体后紧张局势缓和,在美国运载火箭上使用俄罗斯火箭发念头是可行的,甚至是可取的,美国的政策和法例在20世纪90年月初被放宽,以便用他山之石生长下一代美国太空技术,并资助保持俄罗斯火箭科学家的就业和生存,防止导弹技术扩散到“流氓”国家。

美俄政府之间签订商业协定勉励两国在航天发射市场上的互助,而且1994年,国防部凭据国会要求完成的空间发射现代化计划中,空军太空司令部副指挥官托马斯·莫尔曼(Moorman)中将也特别建议美国需要探索创新和外国泉源的技术,并适时与之互助,实现在有限预算下最大收益。在各项预研事情铺垫后,接下来关于项目和资金的事情即是水到渠成!1994年8月,克林顿总统签署国家空间运输政策(NSTC-4),指示国防部主持生长和更新现有系统为偏向的一次性运载火箭计划,也就是后续的EELV(渐进一次性运载火箭,Evolved Expendable Launch Vehicle )项目,平滑过渡,逐步取代宇宙神(Atlas),德尔他(Delta)和鼎力大举神(Titan)昂贵陈旧的运载火箭,使其成本较现有火箭降低25%~50% ,并提高可靠性、简化操作和缩短发射周期,继续保持在航天技术领域的领先职位。

各航天军工企业纷纷行动!通用动力空间系统部门之前就着手其宇宙神2轻型到中型运载火箭的升级,这个升级旨在降低成本并提高宇宙神2的性能,使其在不停变化的全球商业发射市场中更具竞争力。内部的决议也建议与俄罗斯火箭发念头生产商动力机械科研生产团结体(NPOEnergomash)互助,以现有的四推力室的RD-170火箭发念头为基础,开发出一种新型液体燃料发念头。这种新型双推力室发念头,险些是半个RD-170,被称为RD-180。

因此以现有的四推力室RD-170火箭发念头为基础,开发新型双推力室发念头完全可行。1995年通用动力空间系统部门辗转被并入洛克希德·马丁公司(下简称洛马),新公司继续计划计划升级宇宙神火箭,前来投标的有三个单元,一是动力机械科研生产团结体(NPOEnergomash)RD-180,二是俄罗斯倒爷阿罗杰特(Aerojet)稍加革新的NK-33,以及洛克达因(Rocketdyne)的MA-5A。虽然RD-180还在设计阶段,但背水一战的俄罗斯对其给予强有力的支持。

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1995年10月俄罗斯航天局和国防部甚至团结致信洛马公司力挺RD 180。相比之下,NK33虽然价钱实惠,但娘胎里留有病根,而且推力偏低,双机并联方式可靠性差,性能处于劣势。而洛克达提交的MA-5A,老方一贴,自然不会入眼,其因心不在焉的原因留到下篇讲。

二、大师之作――RD-170 格鲁什科设计局对于“能源”号火箭助推级发念头设计始于1973年上半年,其时开端研究主要集中在基本结构上,鉴于格鲁什科的团队在设计多腔发念头方面拥有富厚的履历,在设计局内部集会上,格鲁什科选择了4推力室、液氧/煤油、推力大于500吨的方案,发念头接纳模块化设计,以便能够在未来开发出种种推力的衍生版本,成为未来苏联新一代运载火箭的焦点。苏联政府于1976年2月17日正式对能源号火箭立项,作为航天器和武器系统的综合计划的一部门,要求可复用易翻新等一系列高尺度要求。

时任动力机械科研生产团结体总设计师的格鲁什科提出了4种高性能的四推力室RD-170发念头方案举行研究,海平面推力到达740吨。液体火箭发念头的喷管排气速度(比冲)直接和喷管入口总压相关,因此研究人员勉力提升燃烧室室压,目的就在于提高比冲并使推力室的结构紧凑。RD-170的室压到达了惊人的24.5MPa,然而提高燃烧室室压存在庞大的技术挑战,一是泵送推进剂的涡轮泵要很是给力,一般来说,推进剂泵出口压力需要到达室压的两倍左右;二是燃烧室压力的提高使得燃烧室热流密度增加,需要用多种冷却技术化解这冰火两重天。

要提升涡轮泵的功率,用于驱动的工质质量尽可能大,温度在涡轮蒙受规模内尽可能高。在驱动涡轮泵的循环方式选择上,普遍接纳的燃气发生器循环由于涡轮排气作为废气直接排放,能量未充实使用,此类“开式循环”效率有损失,一般会使得发念头比冲下降1%~5%,且随着室压提升到某个临界值会得不偿失――推力室比冲的增加不足以赔偿。


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