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目前世界上火箭發動機最大推力

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目前世界上火箭發動機最大推力

RD-171系列火箭發動機,是目前全球功率最強的液體燃料發動機,有RD-171、RD-171M、RD-171MV等多款改進升級型號,其中RD-171MV發動機重10.3噸,推力達846噸,功率達24.6萬馬力,推重比創下世界紀錄。RD-171MV發動機的研發工作始於2017年,以RD-171M爲藍本研發,爲“聯盟-5”中型運載火箭的第一級量身定製。

就目前說來,火箭發動機技術水平最高的可能是俄羅斯而不是美國,俄羅斯的rd170發動機每臺的地面推力就達740噸,是目前世界上推力最大的液體火箭發動機。一臺發動機就幾乎相當於中國長征系列採用的火箭發動機如YF-20B的十臺以上,而且比衝更高rd170可以重複使用。

蘇聯在80年代中期左右終於攻克了花重金的富氧燃燒和廢氣補燃技術,特別是惰性合金的研製,成果就是有史以來正式裝備火箭的最大推力發動機——RD-170/171,RD-170/171可以稱之爲劃時代的超級發動機,其不僅達到了7500KN的真空推力(超過土星5號的F-1),而且利用了富氧燃燒和廢氣補燃技術,大大提高了比衝,換句話來說,RD-170/171看似不比F-1推力大多少,但是效率高的多,同樣的燃料可以飛的遠的多。(F-1的真空比衝爲264.72s,RD-170/171達到驚人的338s)

當然了,RD-170/171並不是沒有缺點的,其一個發動機採用了四個獨立的燃燒室,不僅提高了重量,而且提高了結構的複雜程度。不過瑕不掩瑜,RD-170/171的確是火箭發動機的,憑藉着極高的性能藐視一切所在。由於美國一直沒有攻克煤油火箭發動機的補燃技術和富氧燃燒技術,而此後專攻固推,所以煤油火箭發動機基本落下了,而蘇聯的解體提供了一個契機,使美國能夠一窺神祕的RD-170/171背後的祕密,瞭解蘇聯是怎麼攻克相關技術的。

對於蘇聯和當時的火箭發動機技術而言,已經使用多年的四氧化二氮+片二甲金雖然成熟可靠,但是其比衝太低根本不適合作爲超大推力的火箭發動機燃料使用液氫液氧雖然比衝很高,是前者的近二倍,但是以當時的技術來講,航天科研人員還無法解決氫氧混合燃燒時的”易爆炸“特性,當然半個世紀後的今天,人類在氫氧液體火箭發動機領域依然存在很大的技術不足。而且氫氧的提純成本非常高,如果大批量用在未來的星際爭霸中的話也不利於航天成本控制,畢竟當時的技術下液氫和液氧的提純不僅成本高,而且提取速度也比較慢。

所以在美國率先研製出用於載人登月的土星五號超重型運載火箭後,土星五號使用的F-1液氧煤油火箭發動機高達680噸的海平面推力不僅深深震撼了蘇聯的高層,更是給了蘇聯巨大的恥辱,畢竟蘇聯在液氧煤油火箭發動機領域同樣深耕多年,但是蘇聯當時能夠量產的液氧煤油火箭發動機最大推力不到200噸,所以蘇聯高層開始了液氧煤油火箭發動機的”突擊工作“。同時期美國的F-1液氧煤油火箭發動機雖然海平面推力高達680噸,但是其自身依然存在很多不足,比如其採用了結構最簡單的燃氣發生器循環方式,使得土星五號的運載力並不高(簡單來說就是循環模式太保守,相同路程油耗太大)。而且隨着火箭發動機推力和燃燒室內壓力的提升後,單位時間內消耗的燃料量也在不斷提升,最終造成密度較大的煤油很容易在燃燒室內壁產生結焦問題,繼損壞發動機噴管、甚至爆炸造成火箭發射失敗。

所以美國雖然研製了推力達到680噸的F-1火箭發動機,並且支撐其完成了多次阿波羅登月計劃,但是對於美國而言,F-1火箭發動機雖然推力很大,但是美國自己也沒有解決煤油結焦的問題,好在其採用的燃氣發生器循環方式下比衝較低、燃燒室內壓力也較低,而且藉助單位時間內燃料消耗量更大的優勢,可以利用燃料管道內更快的流速解決煤油極易結焦的問題。

那麼對於蘇聯而言,要想研製出比美國推力更大的火箭發動機,只能走液氧煤油這一條路,而要想研製出推力比美國更大的液氧煤油火箭發動機,就得攻克煤油容易結焦和採用循環效率更高的循環模式,煤油容易結焦的問題最根本的原因在於煤油內的含硫量過高,煤油提取自粘稠的石油,含硫量的高低根本沒辦法透過後期的提純技術來解決,所以這也是F-1火箭發動機推力雖然很大,但是美國在結束阿波羅登月計劃後就全面拋棄液氧煤油技術,轉而比衝更高的氫氧火箭發動機原因所在。

但是對於蘇聯而言,其境內裏海邊的油田原本就是蘇聯重要的產油地區,而且西亞地區的鹼性地質條件使得這個地區生產的原油具有熱值高、雜質少的優點,最重要的特點是含硫量極低,比如全球大部分地區的石油原油中的含硫量基本在50PPM左右,而裏海周圍生產的原油的含硫量只有20PPM左右,更低的含硫量對於蘇聯而言,就已經從根本上解決了隨着火箭推力提升後燃燒室內壁容易結焦的問題。

美國液氧煤油發動機的研製水平落後俄羅斯,俄和RD-180火箭發動機成本較低,性價比高,因此美國放棄自行研製液氧煤油發動機,改爲進口俄羅斯火箭發動機。中國也和俄羅斯談過購買RD-180火箭發動機,但是俄羅斯擔心中國,本身就是航天大國,學習消化技術能力太強,把技術給中國,中國很快就造出來。所以俄羅斯拒絕了向中國出售火箭發動機。