為什麼已經有了高效能的氫氧火箭,人類還要開發甲烷火箭?

時間 2021-05-09 11:04:46

1樓:留傑大帝

1、比衝相對毒燃料、煤油高、而且便宜。

2、甲烷的密度比氫氣大、液化溫度比氫高,這意味著燃料罐可以做的比較小,保溫隔熱可以做的容易一些,有利於提高火箭幹質比。

3、甲烷是最簡單的有機物,宇宙中儲量大,容易製備,有利於未來在星際旅行中就地製備。

2樓:JennyVenus

看著別的回答那麼認真,不抖個機靈怎麼過得去,真正的原因是

氫氧機燒起來不夠亮啊,你看甲烷機,那明亮的火焰,雖然不如固推,比起煤油機也不差,一發射多過癮。

3樓:jircheis

看了 @太空精釀 的回答,大多數都提到了。

說乙個朋友跟我科普的,但好像沒提到過的:

甲烷和氧氣是流動性(也可能是密度,忘了)相似,在發動機裡控制方便。

不是搞發動機的,只是有相關的朋友,道聽途說。

4樓:餘澤煌

主要是目前關於登陸火星的設想:只帶去的燃料,返回時燃料大部分從火星就地取材,利用火星上二氧化碳和太陽能加上帶過去的氫。製取加甲烷當燃料返回。

5樓:TU5

1.液氫,密度小、質量輕,但是罐體太大,儲存困難,溫度低容易使液氧凍結,環保、成本較高;

2.精煉煤油,成本較高,存在積炭問題、常溫下是液體儲存方便;

2.甲烷,成本低、基本不存在積炭問題、不會凍結液氧。

6樓:Flash

這是因為氫氧火箭以目前的技術只適合於火箭下面幾級,因為液氫極難貯存,在燃料罐裡面不能長期存放。要想實現太陽系內的長期飛行需要性質更加穩定的燃料。還有乙個原因,甲烷火箭技術的實現可以讓未來太陽系內燃料採集補充成為可能,因為太陽系內甲烷製取難度比其他燃料低得多,而且好多行星都有現成的甲烷。

7樓:

因為,液氫密度太低了,是水的1/14,結果是燃料罐的重量變得非常明顯,這些重量都是燒不掉的死重。

並且液氫可以讓液氧結冰,燃料罐還要專門劃出乙個空白區域做隔離。

8樓:盧西

前幾天,亞馬遜老闆貝佐斯的液氧甲烷發動機BE-4拿了五角大樓合同,為ULA給美國空軍發射專案的火箭提供發動機,真是激動人心。。

縮比猛禽

為啥人類有了強大的氫氧火箭,卻在現在開始大力發展液氧甲烷了?

The absolut masterpiece

液體火箭燃料氧化劑組合比衝

液氧甲烷的比衝雖然低於優秀的氫氧組合,但是依舊比液氧煤油高出一些,使得這個燃料氧化劑組合有了實用價值。

液氫因為低溫,造成了很多任務程困難,如果液氫在管路中遇到空氣,那空氣會直接結冰而堵住管路。氫氣的密度極低,分子極小。分子小導致別的氣體無法滲透的地方,氫氣可以,所以氫管路閥門都對設計製造提出了極高要求。

另外氫氣會滲入金屬部件,造成氫脆問題,不再展開。

因為氫氣密度極低,氫氧火箭的氫氣罐遠比氧氣罐要大。

太空梭,注意燃料罐上部為氧氣罐,下部為氫氣罐

阿麗亞娜5號,GS子型號,主火箭中紅球是氧氣罐,藍色是氫氣罐

氫罐很大,但又很輕,對整體設計不是很友好。

相對於氫氧組合,甲烷的沸點遠高於液氫,和液氧接近,分子又大,真是太友好啦!

SpaceX BFR主火箭燃料罐/氧氣罐

液氧甲烷火箭的燃料罐和氧氣罐差不多大,省了不少事呢。

一台火箭發動機的絕大部分設計成本和大部分製造成本都是它的渦輪幫浦,因為氫的密度太低,氫幫浦轉數要求高,設計很困難。需要多級幫浦才能達到想要的燃燒室壓力。

穿梭機主發SSME渦輪幫浦

SSME的高壓氫幫浦,這麼大的體積可以輸出57兆瓦

甲烷火箭從燃料罐,到管路,再到渦輪幫浦,全都大幅降低了難度。其渦輪幫浦甚至一級就夠了。

相比煤油火箭,液氧甲烷組合的發動機不易結焦。不光是提高燃氣發生器溫度,主燃燒室壓力潛力更大。而且再次使用時,省了清理工作。

火星甲烷生成路線

咱們惦記著星際旅行,出了門沒地方加油回不來了咋辦。甲烷這個東西在外星不是個稀罕物,所以甲烷火箭到了火星,可以想辦法加註火星產的甲烷再飛回來。當然別的有甲烷的星球也行。

氫氣分子

甲烷RP-1的成分,就不畫分子了

甲烷分子雖然比氫氣複雜,但是比煤油分子簡單多了。

氫氧燃燒全部反應

上圖是氫氧燃燒的全部分反應,雖然初中化學氫氧燃燒簡化到只有2H2+O2=2H2O,但是實際情況複雜很多。想象一下煤油燃燒的複雜程度,下圖為煤油燃燒的簡化反應。甲烷就簡單得多了。

這使得發動機設計,流體和燃燒模擬工作,降低了很多難度。

簡化煤油燃燒反應,來自NASA的Ten-See Wang

肯定還有別的原因,想起來再來更新。所以這又是乙個會經常更新的回答。

9樓:

為什麼你會產生LOX/LH2效能很強夠用錯覺……

是時候再祭出這張圖了

這張圖表述的是,當今的部分運載火箭的二級最大速度和載荷質量/二級質量比值的關係

可以看到F9FT的二級在質量佔比小到一定程度的時候,超越了當今的氫氧火箭……

氫氧的特點就是低幹質比,高比衝。在輕質載荷的大速度發射中反而會被煤油吊打……氫氧火箭只能夠適用低速度的大質量載荷發射

(LongMarch5的二級減重過於丟人,曲線非常丟人被F9FT全線超越就是了……)

另外低溫推進劑無法長時間儲存,所以世界上所有需要略長時間滯空的飛行任務,全部使用可儲存推進劑。

而且大速度發射吃幹質比的情況下,液氫更加沒有優勢

也就是說液氫推進劑本身就侷限極大,更何況成本也高……

夢醒了再說,甲烷。

可以在異星補給

低燃氣分子質量帶來的更強大的比衝(真空發動機中比煤油提高至少300m/s的等效排氣速度)

海星的推進劑密度

低氫碳比帶來的燃燒室積碳更少

作為乙個推進劑,甲烷還是屬於類似於氫氧的一類。

對於大速度發射也沒有什麼優勢,真要使用,還是需要特化的末級來完成……

:)

既然你們要扯密度,還有一點

先學習一下密度比衝,描述的是單位體積推進劑的比衝表現

可以看出來,這點上,LOX/CH4和當今的主流液體推進劑是比較接近的,不像是LOX/LH2為墊底水平

要扯效率我這邊把發動機效率講的清清楚楚

我就最後加兩個圖

目前世界上所有推進劑的發動機效率是同一級別的。再說最終發動機需要的是輸出的動能,效率再低只要等效排氣速度高都一樣……

(甚至相同條件下,氫氧效率還不如固發……而且氫氧效率也不如其他液體推進劑……)

10樓:

1. 甲烷機在高室壓工況下相比煤油機不積碳,效能提公升更容易2. 甲烷獲取難度比液氫低,天然氣提純液化就行了3.

甲烷發動機相對易於復用,設計難度比氫氧機低4. 甲烷沸點(111.65K)遠高於液氫沸點(20.

37K),甚至比液氧沸點(90.188)還高,在儲箱設計上難度比氫氧燃料低很多,也可以省去不少保溫層的重量

5. 甲烷密度大約是0.42g/cm,遠高於液氫的密度,可以省掉很多的結構重量

選用甲烷機綜合來看是經濟學問題,畢竟大家都喜歡多快好省的,甲烷恰好是個綜合來看比較優秀的選擇

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