美国自己能生产一流航天发动机,为什么还要买俄罗斯的?

宽哥侃视界[已注销] 2022-10-11 12:41:53

因为俄国发动机更厉害。

目前世界上最牛的火箭发动机,就是俄国继承至苏联的RD—170发动机。

那么想要把题主这个问题回答清楚,最好先了解一下什么是火箭发动机,有这个知识点打底,很多东西说起来就容易理解了。

火箭发动机。

话说航天飞行的运载火箭,算是上个世纪人类历史上最伟大的成就之一。

而开创这一历史的就是苏联人,他们在1957年十月四号的时候,使用SS—6洲际导弹改装的运载火箭,第一次将人类历史上第一颗人造卫星给送到了近地轨道上。

在这之后美国,法国,甚至是日本也相继开始发展运载火箭,这件事发展到现在,各种型号的火箭多了去了。

那么火箭这种大杀器,他的核心就是火箭发动机。

问题来了,什么叫火箭发动机?

按照定义上来说,一款发动机自身就携带推进剂,在整个工作的过程中不依赖外界空气的喷气发动机,就是火箭发动机。

所以火箭发动机是喷气发动机中的一种。

火箭发动机发展到现在,出现了很多类别,什么化学火箭发动机,特种火箭发动机等等。

其中化学火箭发动机,算是发展的一个主流,技术相对来说是比较成熟的。

怎么说呢?在所有火箭发动机中,化学火箭发动机相对来说比较简单。

这种发动机是将推进剂做为能源和工质来使用的。

首先推进剂在燃烧室内燃烧放热,在这个过程中化学能转化为热能,从而产生高温燃气,这股燃气最后通过喷管膨胀加速,这股燃气所产生的热能,就转化为气流动能,最终以极高的速度喷出,让飞行器获得推动力的。

那么在化学火箭发动机中,又被分为三个大类,分别是:液体火箭发动机,固体火箭发动机,以及混合火箭发动机。

这三种火箭发动机,各有优点。

其中液体火箭发动机的比冲比较高,工作的时间是最长的,而且可以进行多次反复的启动,在随后的推力调节和方向的把控上非常的简单。

当然了,有优点必然就会有缺点,随着而来的缺点就是结构比较复杂,制作出来的推进剂是不能够进行长期保存的。

固体火箭发动机和液体火箭发动机的优缺点正好是相对的。

固体火箭发动机的比冲比较低,工作的时间短,不能进行多次启动,推力调节和就把控方向运作起来很困难。

至于优点,对比液体火箭发动机猜也能猜得出来了,结构简单,所以工作起来非常的可靠。

所以根据这两种火箭发动机的优缺点,如今他们在使用中,也有了分类,比如液体火箭发动机通常被用在航天事业上了,什么运载火箭,载入航天器等等。而固体火箭发动机通常就被用在了各种军事用途的导弹上了。

那么介于液体火箭和固体火箭都有各自的优缺点,所以很多科学家就在考虑可不可以制作一种固液混合的火箭发动机,将两种火箭发动机的优点给集中起来。

这就促进了混合火箭发动机的出现。

但相比较而言,混合火箭发动机出现的时间比较晚,所以技术上不算太过成熟。

那么这三种火箭发动机,相对最为成熟的就是液体火箭发动机,而目前俄罗斯最好的RD—170发动机就是一款液体发动机。

RD—170发动机。

这么说吧,RD—170火箭发动机是有史以来,人类研发出来推力最大的多燃烧室液体火箭发动机。

RD—170可以做到在海平面上有着七百四十吨的最大推力。

过去能和RD—170火箭发动机比肩的是美国的F—1火箭发动机,但F—1火箭发动机也只能屈居第二。

因为RD—170比F—1重16.8%,在海平面上的最大推力多出8.8%,真空对冲更是高出了11.2%。

如果从燃烧室的压力对比来看,F—1只能望其项背了,因为RD—170的燃烧室的室压是F—1的三点五倍。

那么RD—170之所以能够有如此出色的表现,这完全归功于苏联在1970年的时候,研发的两款大推力火箭项目,一个是天顶号火箭,另一个是能源号火箭。

而天顶号火箭更是苏联技术含量最高的的一枚火箭。

高在哪里呢?说两个最不起眼的能力,如果天顶号火箭因为特殊原因,取消了任务,那么要把火箭从发射台上取下来,都不用手动操作。

再有就是天顶火箭的发射台根本没有在发射过程中,会被燃烧的设备。所以当第一枚天顶号火箭被发射出去之后,只需要五个小时后,第二枚火箭就就可以推上发射台进行第二次发射。

其他型号的火箭可不具备这个功能。

那么这么一款优秀的火箭,搭配的火箭发动机能差了吗?不能够啊!所以当时苏联就下大力气开始研发RD—170发动机。

RD—170发动机的改进版RD—171就被安装在了天顶号火箭上了,而原本的RD—170就被装在了能源号火箭上了。

这两款发动机其实是差不多的,仅仅是伺服机构不同,其他都一样。

所以这两款发动机算是同一款的。

那么RD—170有什么特点,这就让他成为了目前液体火箭中的大佬呢?

很简单,RD—170火箭发动机有四个燃烧室,一台涡轮泵和两个预燃室。

整个涡轮系统中,不仅涡轮泵是单级的,还包括了一台氧化剂泵,一条两级燃料泵。

而这条涡轮系统被对接到了低压燃料泵和氧化剂泵上,顺道还能给推进剂来个增压服务。

当然这么说比较枯燥,毕竟都是一些专业上的东西,听得不会太明白,说一组数据,就能体会出来这套涡轮系统的优点。

RD—170火箭发动机的涡轮泵对外输出的马力有二十五万七千,这个数据换算成功率的话,大概有一百九十二兆瓦。

那么这个一百九十二兆瓦又是一个什么概念呢?

比如说一艘核动力的破冰船,叫亚马尔,给这首船提供动力的是两座核反应堆,这两座核反应堆对外输出的功率也就五十五点三兆瓦。

所以一台RD—170火箭发动机,是破冰船上两座核反应堆输出功率的三点四七倍。

也就是说一台优秀的火箭发动机,他的核心其实就是涡轮泵。

那么这么个重要的东西,其实早在上个世纪六十年代的时候,美国也发现了。

只不过双方,在涡轮泵这个领域中走的方向不同,最终证明苏联走的路是最为正确的一条路。

最终表现出来的就是美国F—1发动机败给了RD—170发动机。

话说道这里,必须说明一下,RD—170相比F—1有一个缺点,这个缺点从外边是能看出来的,RD—17O发动机有四个喷管,而F—1发动机只有一个大喷管。

F—1发动机之所以能够有这么大的变化,主要原因是美国在三年的时间里做了两千多次试验,当然了试验次数到是其次,最有意思的是,美国人在这些试验中,将炸药放到了燃烧室内进行试验。

那么这种试验,就会人为地制造出燃烧的不稳定。从而让美国人了解并掌握了燃烧的一些规律,他们通过这些规律,最终就搞出了一个喷管的F—1火箭发动机。

所以四个喷管和一个喷管的最大区别就是燃烧不稳定的解决程度,苏联相对来说这方面的经验积累是比较少的,他们就只能用四个喷管来稳定这种燃烧的不稳定。

当然这个世界很公平,有得必有失吗?反过来也一样有失必有得。

采用四个喷管,让苏联人解决了多喷管启动不同步,大小不一致的问题,最终摸索出了管路内对燃料阻滞效应问题。

说道这里,必须说一句,技术这种东西其实大多数是需要时间的积累,和最初方向的选择,谁第一步跨进去,一般情况下都会在这个领域保持领先的水平。

比如当年美国人专注电子计算机领域,而苏联专注二极管领域,结果就出现了苏联做出来的东西有点傻大黑粗的感觉。

好了,接着说RD—170。

RD—170火箭发动机和F—1火箭发动机,都是使用液氧煤油作为燃料的火箭发动机。

但造出来的RD—170火箭发动机比F—1火箭发动机的燃烧室抗压能力提高了三点五倍。

这里边的原因说起来,都有点搞笑。

怎么回事呢?原来在上个世纪六七十年代的时候,美国人在燃烧室的研究中,接二连三地得到了一个血的教训,燃烧室的压力太大的话,煤油这种东西,就特别的容易在燃烧室内壁上结焦,而且这种情况是不可逆转的。

结焦的情况严重的话,就会发生喷管损毁甚至会让发动机发生爆炸。

既然有了惨痛的教训,于是美国人就在压力室这块规定了一个铁的规矩,压力室的压力不得超过七兆帕。

那么这个规矩最终就被引入到了F—1发动机上了。

而苏联人相对来说就没有这个规定,难道是苏联人不怕结焦,不怕发动机爆炸吗?那倒不是,因为苏联是一个产油国,他的石油天然气的储量相当的大,而且这些油气资源有一个特点,放置在燃烧室里燃烧,很少出现结焦的现象。

之所以会出现这种现象,主要因为苏联人使用的煤油杂质少,含硫量特别的低。

而美国使用的煤油含硫量是苏联的二点五倍,这差距就大很多了。

当美国人发现他们的结焦问题居然是因为使用了不合格的煤油,哪已经是很多年之后的事情了,而这个时候美国已经放弃了高燃烧室压力液氧煤油火箭发动机,而是转头开始研发起了航天飞机主发动机去了。

而苏联使用的RD—170火箭发动机,截止到九十年代,苏联解体的时候,已经成功发射了六百一十八次,这一次次的发射证明了RD—170的可靠性。

这么一趟走下来,就明白了,苏联和美国几乎是同时开始开发液氧煤油火箭发动机的,但美国因为结焦问题,过早地放弃了这个领域,转而看重了液氢液氧火箭发动机。

后来美国人想要使用这种液氧煤油发动机,他们找到了一条新的路子,不是去做研发,而是通过购买来获得。

于是美国人的液氧煤油发动机,就一直搁置了下来。

苏联解体以后,惠普购买了RD—120液氧煤油发动机,美国航空喷气公司购买了NK—33液氧煤油发动机。

而RD—170一开始是被洛克希德.马丁公司给看上了,结果回头人家一琢磨,这火箭发动机的推力实在是太大了,大到他们想不到用在什么地方,于是购买了只有RD—170推力一半水准的RD—180。

既然买能够解决问题,为什么要研发呢?毕竟研发的过程很艰辛,时间周期少则五年,多了十几年都有,而且在这个过程中还不会有任何经济价值的产出。

美国人想得很到位,所以美国人想要用火箭发动机了,就会从俄国这里进口,便宜不说,还特别的好用,那么时间一长,必然会手生。

如今美国人他们到是想要研发新型发动机了。

于是在2014年的六月十六号的时候,美国人想要研发新型的碳氢燃料发动机用以替换RD—180发动机,甚至是他们的轨道科学公司也在考虑用固体级来替换心宿二火箭项目中使用的NK—33发动机了。

但美国人想要研发新型火箭发动机,不仅需要投入十二亿美元,还要等五年以上才会有结果的。

一说到这里,估计有人感觉十二亿美元研发一款新型发动机,貌似价格不是很贵的。

别想了,十二亿美元仅仅是前期投资,后续投资谁能知道有多少呢,毕竟科研的路上,看上去是一片坦途,可谁能知道,下一步迈进去的会不会是一个大坑呢?

而要爬上这个大坑,又需要多少时间?没人能回答这个问题的。

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