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為什么俄國火箭發動機這么厲害?

牛的不是俄羅斯,是前蘇聯。

RD-170系列火箭發動機,是目前液氧煤油火箭發動機的最高水準。當年前蘇聯在登月的N-1火箭接連失敗,輸掉太空競賽后,痛定思痛,投入巨資研發RD-170系列火箭發動機,這個發動機完全可以用神器來形容。

RD-170火箭發動機,一臺發動機2個預燃室4個噴管

而美國在搞完阿波羅登月的土星5號火箭的F1液氧煤油火箭發動機之后,認為液氧煤油火箭發動機已經沒有什么潛力,轉攻攻液氫液氧火箭和固體燃料火箭,萬萬沒想到蘇聯人居然可以在在液氧煤油火箭領域可以玩出新花樣,做到如此之強的地步。

RD-170火箭發動機與F1火箭發動機對比。

實際上美國人在氫氧火箭發動機和固體燃料火箭發動機領域是遠領先于俄羅斯的。但是固體燃料火箭發動機比沖較低,不利于做大型火箭發動機。而液氫比重小,占用結構體積太多,而且火箭的泵機速率氫泵要比氧泵快8倍,難以協調。而更重要的是缺點是,不管是固體燃料還是液氫的價格都很貴,液氫價格是煤油的將近20倍,而且因為液氫是非常危險的易爆品,發動機整體可靠性要求高。所以盡管美國有氫氧火箭發動機最牛逼的神器SSME,但是價格昂貴,不算燃料,每臺發動機造價高達5500萬美元。

美國人搞SSME這種是給可回收的航天飛機用的,要是像德爾塔火箭這種打法,NASA會破產的。

而毛子的RD-170之所以能取得如此突破,其一是增加燃燒室壓力。美國認為液氧煤油燃料燃燒室壓力過大的,容易出現燒結現象,進而導致事故,所以把燃燒室壓力限制在7MPa。但是毛子經過研究發現,如果在煤油提煉技術上下功夫,降低煤油的含硫量,可以大大減少燒結現象發生,所以RD-170燃燒室壓力可以達到F1的4倍多。

而最大創新就是應用的高壓補燃技術,即使增加燃燒室壓力,所能參加燃燒的液氧煤油依舊有限。而毛子相出高壓補燃技術,即在燃燒室內加注過量的氧氣,產出的燃氣中依然含有大量的氧氣,然后再噴管中層層加注補充燃料繼續燃燒,從而增大推力。不要小看這一技術,這需要對于火焰控制以及燃料加注有非常高的造詣才能實現,蘇聯是進行艱苦卓越的研究才攻克。

RD-170火箭發動機最初是給暴風雪號航天飛機的能源號火箭用的

正是依靠這技術,RD-170的比沖值可以比美國自認為極限的F1火箭依舊高出11%,從而性價比非常突出。所以,在蘇聯解體后,美國才會對這個火箭如此感興趣,出資贊助了適合美國型號的改型RD-180(單預燃室雙噴管),還同意該發動機生產線放在俄羅斯,美國只買成品這樣“不平等協議”,只為獲得這一神器,將其應用在ATLAS火箭上,降低發射成本。

ATLAS-5

至于前段時間很火的馬克斯SpeaceX的重型獵鷹火箭的梅林-1D液氧煤油火箭發動機,馬克斯自己也承認是個弱點,其用27臺梅林-1D小發動機(比沖282,77噸的推力)幫一起湊的大推力完全是個作死行為啊,幫越多,可靠性越渣,當年毛子的N-1火箭就是死在這種情況下的啊。

重型獵鷹火箭結構圖

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