這一枚運載火箭,隻是一個半成品,黃修遠目測了一下,估計隻完成了三分之一左右。
王勘院士給他介紹這款運載火箭的一些情況:“修遠,這是剛剛設計的長12運載火箭,設計原型是今年二月份定型的,不過建造過程中,我們遇到了非常多問題。”
“長12?”
聽到黃修遠語氣中的疑惑,王勘從一旁拿了一份文件遞過來:“這是一些具體的參數。”
黃修遠接過了一看,發現這款新式固體燃料運載火箭,設計的指标高得吓人。
在整體重量上,達到824噸,近地軌道有效載荷在42.8噸左右,同步軌道載荷在21.4噸左右,月球軌道載荷在17.5噸左右。
或許比起巨無霸一般的土星五号,長12的有效載荷,隻有對方的40%左右。
但是如果對比兩者的載荷比,就會發現土星五号的近地軌道載荷比,隻有0.0388左右。
未來的獵鷹重型火箭,近地軌道有效載荷是63.8噸,載荷比在0.0449左右。
由此可見,華國的運載火箭設計水平,還需要進一步加強,采用氫氧發動機的獵鷹重型運載火箭,可以将載荷比提升到0.0449,這确實是非常了不起的技術。
如果長12可以進一步優化,加上本身N20高能燃料的底子,将近地軌道的載荷比提升到0.06,也不是沒有可能的事情。
畢竟N20高能燃料的比沖是860左右,而氫氧發動機的比沖,也就450左右。
理論上,以N20高能燃料作爲燃料的運載火箭,載荷比應該是氫氧發動機的1.91倍左右,即在0.0857附近。
不過理論上的東西,黃修遠也不敢打包票。
現在0.052的載荷比,已經刷新了人類航天器的極限載荷比,要再提升上去,發動機材料、運載火箭的整體設計、控制系統之類,都需要進一步改進,隻能一點點來。
一旁的張培材,解釋了長12設計制造過程中的一些問題:
“現在的問題,主要是發動機的耐熱不行、還有固體燃料的燃燒控制問題。”
“耐熱問題?”黃修遠翻到發動機那一部分,發現長12的發動機,采用了航天科工專門研發的金屬陶瓷材料,金屬陶瓷材料可以承受3000~4000攝氏度的高溫。
但是如此耐高溫的金屬陶瓷,竟然承受不住發動機的燃燒溫度,這确實讓一衆航天研究院的專家們,感到措手不及。
目前在測試中,由于N20材料能量密度非常高,導緻發動機尾焰溫度,達到了5472攝氏度的可怕地步。
黃修遠問了一個關鍵的問題:“那長11的發動機如何解決這個問題?”
“我們采用了你們公司矽納米鍍層,還有鎢納米粉末……”張培材解釋道。
聽完解決方案,黃修遠才知道他們是如何解決的。
他們在發動機的内壁,通過矽納米鍍層技術,鍍一層矽納米,然後用離子沉積的方式,沉積一層鎢納米層,如此重複操作,一共使用142層複合鍍層。
雖然矽納米和鎢納米層,隻能承受4874攝氏度的極限高溫,但是鎢矽納米複合層,有一個非常好的特性,那就是高溫脫離。
當周圍溫度超過5300攝氏度後,鎢矽複合層會逐步液化,被發動機尾焰噴出發動機,這個過程中,會帶走發動機内部的一部分熱量,延緩高溫對發動機基材的熱量傳遞和積熱。
通過這種方式,保證發動機在運載火箭飛行過程中,不會被燒穿箭體。
隻是這種方式,帶來兩個缺點,一個是發動機重量提升了1.2噸,畢竟金屬鎢的重量很坑爹;另一個問題,是治标不治本,隻能延緩時間,不能從根本上解決這個問題。
黃修遠放下手上的文件:“也就是說,由于長12的設計指标是長11的三倍多,導緻發動機難以長時間承受工作溫度?”
張培材無奈的攤攤手:“是的,如果增加發動機内部的鎢矽層,又會進一步增大發動機重量,而且發動機内部的空間有限,不可能無限制疊加鎢矽層。”
面對這個緻命的溫度,如果是長11這種近地軌道、中軌道的運載火箭,還相對好處理一些。
可是長12的設計任務,主要用于未來的探月工程、探火工程之類,需要長時間處于工作運行狀态,如果改回液體燃料,又顯得得不償失。
拍了拍自己臉頰,黃修遠盯着不遠處的長12箭體,陷入了沉思之中,未來确實存在不少的耐高溫材料。
問題那些材料,要麽制造技術目前做不到;要麽需要稀有元素,成本異常高;要麽就是實驗室的概念性産品,根本沒有辦法大規模投入使用。
材料問題,無論在哪一個時代,都是一個讓人頭疼的問題。
N20燃料的高能量密度,就是一把雙刃劍,帶來高密度能量的同時,也帶來了爆發力和超高溫。
一會之後,黃修遠從思考中清醒過來:“我需要一點時間思考一下。”
“修遠,沒有關系,我們暫時還有時間,我讓光華給你安排了宿舍,條件簡陋,多多包涵一下。”張培材也沒有太在意。
這種大難題,要是黃修遠一來就可以馬上解決,那整個航天口的幾千号人,都要五體投地了。
黃修遠笑了笑:“說笑了,我又不是什麽嬌生慣養的大少爺。”
一行人繼續讨論長12的問題。
說着說着,張培材感慨起來:“說起來,長11可以順利投入使用,還要感謝你們燧人公司的納米礦粉,不然科工集團的金屬陶瓷材料,沒有辦法提升性能和大規模量産。”
黃修遠其實挺佩服航天科工,畢竟他是憑借未來的科技積累,才可以快速發展起來。
“科工集團的技術底子還是可以的,我的蝸牛工業那邊,粉末冶金出來的新材料,實驗室的耐高溫材料,才達到3756攝氏度。”
“我們捋一捋如何控制固體燃料燃燒的問題吧!”王勘院士在一旁的桌子上,讓助手清出一塊面積,給所有人一個座位。
N20燃料的燃燒控制問題,同樣是一個巨大的麻煩,固體燃料有固體燃料的缺點,一點火就停不下來的特性,對于導彈之類,那并不是什麽缺點,但是對于運載火箭而言,那就是一個大問題。
這也是爲什麽長11的芯二級,不得不采用氫氧燃料的原因,因爲固體燃料一點火,就無法停下來。
計劃去月球探測一番的前哨1,如果采用固體燃料,那就沒有辦法進行精細化操控了,隻能靠蠻力一沖到底。
如果在燃料消耗殆盡之前,不能達到指定的軌道,那最後隻能将錯就錯了。
航天研究院有好幾個研究所,在從事固态燃料的精确燃燒控制,隻是成果寥寥無幾。
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(本章完)