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航天运载火箭有液体、固体之分 对此你了解多少?
[ 发布时间:2019-08-27 ]   [ 信息来源: 科普中国 ]  [ 字号: ]

  航天火箭分为液体火箭和固体火箭,那么,这两种火箭有什么区别呢?首先,区分液体火箭和固体火箭主要看推进剂的形态。液体火箭采用液体推进剂,分别贮存在火箭的氧化剂箱和燃料箱内,工作时由输送系统将它们送入发动机的燃烧室;固体火箭采用固体推进剂,就贮存在发动机燃烧室内,无需贮箱和输送系统。这就是固体火箭和液体火箭在箭体结构和动力装置上的主要差别。


  上述不同造成了它们自身不同的特点,下面我们来比较一下。


  发射周期谁更短?发射周期也就是发射前的准备时间,液体火箭的燃料和氧化剂分子活性强,化学稳定性低,基本必须低温贮存,而火箭本身很难做到这一点,因此,通常燃料箱不加注燃料,到使用的时候再加注,因而液体火箭准备时间较长。以长三甲系列火箭为例,发射前要进行转场和多轮测试,要加注推进剂,各个环节走完得20天左右。


  而固体火箭的推动剂已经预先混合好,燃料和氧化剂颗粒很早就固定在发动机里,到发射场后只需要进行简单测试就可以发射了。比如长征十一号固体运载火箭可以在24小时内完成发射准备,准备周期越短,意味着快速反应能力越强。


  储存周期谁更久?对于液体火箭而言,液态推进剂存在易挥发、腐蚀等风险,因此在临发射之前加注完成后,必须在一定时间内发射出去。以常温推进剂四氧化二氮和偏二甲肼为例,它们加注后存储周期是7天左右;而低温推进剂液氢、液氧,它们的存储周期则只有1天。


  而固体火箭添加推进剂就像是在火箭里浇筑水泥一样,燃料固化后就是一个固体药柱,不像液体燃料会挥发,也没有腐蚀性,因此保存时间可长达数年之久。


  运载能力谁更强?虽然液体火箭发射周期长,但它的发动机燃烧效率很高 , 能提供强大推动力,在相同起飞规模下,液体火箭运载能力更大,可以用更少的燃料走更远的路。因此液体火箭的乘客大多都是“重量级”的,一般在一吨以上,常见的有通信卫星、载人飞船、空间站等。


  相比之下固体火箭的运载能力较弱,只有几百公斤左右。不过近年来,全球范围内500公斤以下小卫星的发射需求飞速增长,很多小卫星都在寻找搭载的机会,因此固体火箭就像是专门为小卫星定制的一样,具有非常大的优势。


  关机控制谁更灵活?液体火箭除了运载能力更强,还有一个特殊的优势,其可以控制关机。液体火箭就像家里的天然气灶,不想继续使用时只需关闭阀门,重启阀门就可以二次启动。我们可以利用这种控制调整火箭的飞行轨道。而固体火箭则像是烟花中的窜天猴,一旦点火只能等待燃料耗尽,即固体火箭不可以中途控制关机。


  综上比较,液体燃料发动机具有推力大运载能力强、可控性高等优点,但制作复杂,价格高昂,通常应用于航天运载火箭领域;固体燃料发动机准备周期越短、保存时间长、简单便宜,安全可靠,易于转场搬迁,但固体推动剂对环境有毒,很难安全地制造和操作,所以通常应用于导弹等军事火箭中。


  目前国际上的主要航天强国都是“固液并存”,部分火箭也采用了“固液混合”的方式。两种火箭各有特点,都有对方无法取代的优势,只有兼顾才能满足更多的任务要求。


  本文由空军指挥学院教授徐邦年进行科学性把关。

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