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未来运载火箭发展方向

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随着人类航天技术的发展,运载火箭成为人类进行卫星发射、载人航天的主要工具。

而随着科技的进步,运载火箭技术也在不断的更新换代着。

现代运载火箭
目前常用的运载火箭按其所用的推进剂来分,可分为固体火箭、液体火箭和固液混合型火箭三种类型。

固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机,推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较,工作时间短,加速度大导致推力不易控制,重复起动困难,从而不利于载人飞行。

因此,固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机,以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机,常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等,燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等。

现代液体燃料火箭是美国人戈达德搞出来的,采用液氧-煤油。

液体火箭发动机的优点是比冲高,推力范围大、能反复起动、能控制
推力大小、工作时间较长等。

但是,无论运载火箭使用的推进剂是什么,它所造成的污染却是一个不可忽视的问题。

在火箭发射过程中产生的烃类物质和氮类物质会破坏臭氧层.而且在平流层产生的大量污染气体,在平流层稳定的环境下很长一段时间也得不到较好的分解。

另外,一些推进剂本身就有许多不足。

以液体推进剂中的偏二甲肼/四氧化二氮组合为例,毒性大、污染严重、价格高、性能低,尤其是偏二甲肼/四氧化二氮的燃烧产物——由于不完金燃烧产生的一氧化碳及剩余的燃料或氧化剂都是大气污染物。

其中N2O4会部分分解为NO2。

NO2等氮氧化物在紫外线的作用下能强烈地破坏臭氧层,威力不下于氟氯代烷。

下图为挑战者号航天飞机失事时的图片,橘红色烟雾为四氧化二氮
1、液氢-液氧
液氢-液氧组合是一种比较理想的火箭推进剂,其燃烧产物无污染且产生的推力更大。

但是液氢液氧都需要低温储存,技术难度较高,而且液氢成本较高,密度小,不导电,流经管路摩擦产生静电无法流走,积攒多了可能引起爆炸。

2、液氧-煤油
液氧-煤油组合作为运载动力装置推进剂的优越性在于:一是煤
油作为常温推进剂,使用极为方便,安全性好。

二是煤油价格便宜,可以较大幅度地降低发动机的研制成本和运载火箭的发射费用。

三是液氧/煤油组合密度比冲高,是理想的助推级、芯级发动机。

但它燃烧值比液氢低。

因此,推力不如液氢发动机
1、电磁发射
电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动。

具体做法为:在靠近赤道或在高海拔地区的山峰顶上开洞,像挖井一样挖个一二公里深的洞,在洞内部从上至下安装产生磁动力的线圈。

当线圈中通过强大的电流时,会产生强大的推力来推动火箭起飞,到了太空才使用火箭自身携带的推进剂。

2、核能火箭
核能火箭是利用核子反应器的热,把液态气体(液氢)变成高温气体后喷射。

其使用的铀原料很小,可以减轻火箭重量。

3、低推力助推法
未来的大型运载火箭的发展方向为“一箭多用”和“一箭多型“,即在一个火箭的基础上通过捆绑不同数目或不同种类的助推器以形成具有不同运载能力的火箭系列,以满足未来发射大型卫星、月球探测器等设施的需要。

结语
随着经济全球化的发展,信息社会的到来,世界各国将进一步开发和利用宇宙资源,努力规划和发展新一代运载火箭技术,研制出性能更优越的各类航天器。

随着空间技术的不断进步,它必将带动众多科学技术领域的发展。

同时,对各国国际地位的提高,综合国力的增强都将产生重大的影响。

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