第209章 致命温度

这一枚运载火箭,只是一个半成品,黄修远目测了一下,估计只完成了三分之一左右。
王勘院士给他介绍这款运载火箭的一些情况:“修远,这是刚刚设计的长12运载火箭,设计原型是今年二月份定型的,不过建造过程中,我们遇到了非常多问题。”
“长12?”
听到黄修远语气中的疑惑,王勘从一旁拿了一份文件递过来:“这是一些具体的参数。”
黄修远接过了一看,发现这款新式固体燃料运载火箭,设计的指标高得吓人。
在整体重量上,达到824吨,近地轨道有效载荷在42.8吨左右,同步轨道载荷在21.4吨左右,月球轨道载荷在17.5吨左右。
或许比起巨无霸一般的土星五号,长12的有效载荷,只有对方的40%左右。
但是如果对比两者的载荷比,就会发现土星五号的近地轨道载荷比,只有0.0388左右。
未来的猎鹰重型火箭,近地轨道有效载荷是63.8吨,载荷比在0.0449左右。
由此可见,华国的运载火箭设计水平,还需要进一步加强,采用氢氧发动机的猎鹰重型运载火箭,可以将载荷比提升到0.0449,这确实是非常了不起的技术。
如果长12可以进一步优化,加上本身N20高能燃料的底子,将近地轨道的载荷比提升到0.06,也不是没有可能的事情。
毕竟N20高能燃料的比冲是860左右,而氢氧发动机的比冲,也就450左右。
理论上,以N20高能燃料作为燃料的运载火箭,载荷比应该是氢氧发动机的1.91倍左右,即在0.0857附近。
不过理论上的东西,黄修远也不敢打包票。
现在0.052的载荷比,已经刷新了人类航天器的极限载荷比,要再提升上去,发动机材料、运载火箭的整体设计、控制系统之类,都需要进一步改进,只能一点点来。
一旁的张培材,解释了长12设计制造过程中的一些问题:
“现在的问题,主要是发动机的耐热不行、还有固体燃料的燃烧控制问题。”
“耐热问题?”黄修远翻到发动机那一部分,发现长12的发动机,采用了航天科工专门研发的金属陶瓷材料,金属陶瓷材料可以承受3000~4000摄氏度的高温。
但是如此耐高温的金属陶瓷,竟然承受不住发动机的燃烧温度,这确实让一众航天研究院的专家们,感到措手不及。
目前在测试中,由于N20材料能量密度非常高,导致发动机尾焰温度,达到了5472摄氏度的可怕地步。
黄修远问了一个关键的问题:“那长11的发动机如何解决这个问题?”
“我们采用了你们公司硅纳米镀层,还有钨纳米粉末……”张培材解释道。
听完解决方案,黄修远才知道他们是如何解决的。
他们在发动机的内壁,通过硅纳米镀层技术,镀一层硅纳米,然后用离子沉积的方式,沉积一层钨纳米层,如此重复操作,一共使用142层复合镀层。
虽然硅纳米和钨纳米层,只能承受4874摄氏度的极限高温,但是钨硅纳米复合层,有一个非常好的特性,那就是高温脱离。
当周围温度超过5300摄氏度后,钨硅复合层会逐步液化,被发动机尾焰喷出发动机,这个过程中,会带走发动机内部的一部分热量,延缓高温对发动机基材的热量传递和积热。
通过这种方式,保证发动机在运载火箭飞行过程中,不会被烧穿箭体。
只是这种方式,带来两个缺点,一个是发动机重量提升了1.2吨,毕竟金属钨的重量很坑爹;另一个问题,是治标不治本,只能延缓时间,不能从根本上解决这个问题。
黄修远放下手上的文件:“也就是说,由于长12的设计指标是长11的三倍多,导致发动机难以长时间承受工作温度?”
张培材无奈的摊摊手:“是的,如果增加发动机内部的钨硅层,又会进一步增大发动机重量,而且发动机内部的空间有限,不可能无限制叠加钨硅层。”
面对这个致命的温度,如果是长11这种近地轨道、中轨道的运载火箭,还相对好处理一些。
可是长12的设计任务,主要用于未来的探月工程、探火工程之类,需要长时间处于工作运行状态,如果改回液体燃料,又显得得不偿失。
拍了拍自己脸颊,黄修远盯着不远处的长12箭体,陷入了沉思之中,未来确实存在不少的耐高温材料。
问题那些材料,要么制造技术目前做不到;要么需要稀有元素,成本异常高;要么就是实验室的概念性产品,根本没有办法大规模投入使用。
材料问题,无论在哪一个时代,都是一个让人头疼的问题。
N20燃料的高能量密度,就是一把双刃剑,带来高密度能量的同时,也带来了爆发力和超高温。
一会之后,黄修远从思考中清醒过来:“我需要一点时间思考一下。”
“修远,没有关系,我们暂时还有时间,我让光华给你安排了宿舍,条件简陋,多多包涵一下。”张培材也没有太在意。
这种大难题,要是黄修远一来就可以马上解决,那整个航天口的几千号人,都要五体投地了。
黄修远笑了笑:“说笑了,我又不是什么娇生惯养的大少爷。”
一行人继续讨论长12的问题。
说着说着,张培材感慨起来:“说起来,长11可以顺利投入使用,还要感谢你们燧人公司的纳米矿粉,不然科工集团的金属陶瓷材料,没有办法提升性能和大规模量产。”
黄修远其实挺佩服航天科工,毕竟他是凭借未来的科技积累,才可以快速发展起来。
“科工集团的技术底子还是可以的,我的蜗牛工业那边,粉末冶金出来的新材料,实验室的耐高温材料,才达到3756摄氏度。”
“我们捋一捋如何控制固体燃料燃烧的问题吧!”王勘院士在一旁的桌子上,让助手清出一块面积,给所有人一个座位。
N20燃料的燃烧控制问题,同样是一个巨大的麻烦,固体燃料有固体燃料的缺点,一点火就停不下来的特性,对于导弹之类,那并不是什么缺点,但是对于运载火箭而言,那就是一个大问题。
这也是为什么长11的芯二级,不得不采用氢氧燃料的原因,因为固体燃料一点火,就无法停下来。
计划去月球探测一番的前哨1,如果采用固体燃料,那就没有办法进行精细化操控了,只能靠蛮力一冲到底。
如果在燃料消耗殆尽之前,不能达到指定的轨道,那最后只能将错就错了。
航天研究院有好几个研究所,在从事固态燃料的精确燃烧控制,只是成果寥寥无几。
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