1. 阿西莫夫短文两篇ppt,如何评价SpaceX重型猎鹰火箭首飞成功?
浅谈重型猎鹰火箭安全性问题
包括这次发射成功,重型猎鹰已经是第三次成功发射了。
重型猎鹰是目前现役火箭中,近地轨道运载能力最强大的,如果放弃火箭回收,那么它的运载能力达到了63.8吨。人类航天史上,重型猎鹰的运载能力仅次于已经退役的土星5号火箭和能源号火箭,然而很多人并不看好三发猎鹰拼凑的重型猎鹰火箭,认为其安全性不佳,原因正如之前他们不看好9发动机并联的猎鹰9一样。
中国运载火箭技术研究院公众号曾发表过一篇文章:《好的东西都想模仿,"猎鹰重型"火箭先进技术能否中国用?》,作者认为重型猎鹰并联27台发动机凑出最大推力,存在可靠性不高的劣势。
理由很简单: 发动机数量越多,失败概率越高,最简单的计算方法是假设单个发动机故障的概率为1%,那么27个发动机并联爆炸概率则上升到27%。上世纪苏联的N1登月火箭,一级火箭由30个氢氧发动机并联,结果是4射4爆,直接导致苏联登月计划失败。自此之后再也没有国家敢用那么多的发动机并联的火箭设计。
实际上这个观点并不适用于猎鹰火箭。原因是猎鹰9的梅林火箭发动机技术落后,完全不具备先进火箭发动机的表现,其比冲低,火箭工作压力低,推力小,燃烧废气直接排放导致损失大量可用能量。但技术性能参数差换来的结果是“结构简单,价格便宜,可靠性超高“。一句话:简单粗暴,皮厚肉实,爆炸一个发动机对火箭毫无影响。
猎鹰9包括重型猎鹰在内,一共已经发射过70次。其中只有两次失败,从未有因为发动机故障而造成的失败。其中一次是二级分离的时候事变失败,另一次加注燃料时意外爆炸,其余均成功。
世界上其他火箭发动机,设计上只要能满足几分钟的稳定工作即可达标。而猎鹰9的梅林液氧煤油发动机则刚好相反,从一开始就以长期使用,重复利用为设计目标。它并且出厂后要经过3次全推力的点火测试,其中出现任意一点瑕疵,都必须返厂维修。所以说两者的安全性是无法相提并论的。
另外一点是梅林发动机技术参数低,工作压力小,火焰温度低,这本来是缺点,但发生故障的概率也因此而大幅度下降了。举例来说同样材料工艺的一个压力锅,最高温度120度,压力120kpa。另外一家生产的压力锅只有110度最大温度,压力110kpa,爆炸的概率自然小很多。
在2012年的一次猎鹰9的发射任务中,一台发动机发生爆炸,但是工作人员立即关闭这个发动机,并提高其余发动机推力。结果火箭还是成功的完成了发射任务,而回收任务因此而取消。
正因为梅林发动机工作压力小,火焰温度低。即使发生故障,甚至是爆炸,其破坏力不足以损坏其他设备和发动机,只要燃料阀没被破坏。控制人员直接关闭故障发动机即可。如果猎鹰9使用先进的高温高压氢氧火箭发动机,一旦发生爆炸,高温高压气流会如利刃般将火箭彻底破坏,无法挽回。
另外由于巨大的冗余设计。理论上猎鹰9的9个发动机,实际上只需要7个发动机超频工作,放弃回收任务,也可满足正常的发射需求。
由此我们可以推测:
三枚猎鹰9并联的重型猎鹰火箭的27个发动机中,一旦其中3个发动机发生故障,只需要再关闭另外3个对称发动机即可解决。27个发动机同时3个故障,故障率是11%,事实上,根据以往发射的历史计算,猎鹰9的发动机发射完好率是99.9%,根本没可能发生如此高概率的故障。别说这种皮厚肉粗的低性能发动机,哪怕是普通火箭发动机也没有那么 高的故障率。结论是27发并联的重型猎鹰完全没可能会因为发动机故障而导致发射失败。
笔者认为,由于猎鹰9火箭重复使用设计以及随之而来的安全冗余设计,使其安全性极高,远高与其他火箭。而重型猎鹰的安全性虽然也高,但是远不如猎鹰9,因为除了发动机外,三发并联会完全改变火箭的气动性能,为火箭带来各种稳定性问题。经过简单计算,其发射成功率明显应该低于猎鹰9的三分之一,但是比起世界上其他火箭,重型猎鹰的安全性毫不逊色。但是要用来发射载人航天项目,其可靠性就值得推敲了。