第二百零九章 致命溫度
更新時間:2021-03-04 作者:嶺南仨人
納米崛起 第二百零九章 致命溫度
這一枚運載火箭，只是一個半成品，黃修遠目測了一下，估計只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，設計的指標高得嚇人。 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號，長12的有效載荷只有對方的40左右。 但是如果對比兩者的載荷比，就會發現土星五號的近地軌道載荷比，只有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，可以將載荷比提升到0.0449，這確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，將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高能燃料作為燃料的運載火箭，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，只能一點點來。 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，這確實讓一眾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，導致發動機尾焰溫度，達到了驚人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硅納米鍍層，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。 他們在發動機的內壁，通過硅納米鍍層技術，鍍一層硅納米，然后用離子沉積的方式，沉積一層鎢納米層，如此重復操作，一共使用142層復合鍍層。 雖然硅納米和鎢納米層，只能承受4874攝氏度的極限高溫，但是鎢硅納米復合層，有一個非常好的特性，那就是高溫脫離。 當周圍溫度超過5300攝氏度后，鎢硅復合層會逐步液化，被發動機尾焰噴出發動機，這個過程中，會帶走發動機內部的一部分熱量，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。 只是這種方式，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，是治標不治本，只能延緩時間，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的設計指標是長11的三倍多，導致發動機難以長時間承受工作溫度”ωωω.⑨⑨⑨xs.co(m) 張培材無奈的攤攤手：“是的，如果增加發動機內部的鎢硅層，又會進一步增大發動機重量，而且發動機內部的空間有限，不可能無限制疊加鎢硅層。” 面對這個致命的溫度，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態，如果改回液體燃料，又顯得得不償失。 拍了拍自己臉頰，黃修遠盯著不遠處的長12箭體，陷入了沉思之中，未來確實存在不少的耐高溫材料。 問題那些材料，要么制造技術目前做不到；要么需要稀有元素，成本異常高；要么就是實驗室的概念性產品，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。 一會之后，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號人，都要五體投地了。 黃修遠笑了笑：“說笑了，我又不是什么嬌生慣養的大少爺。” 一行人繼續討論長12的問題。 說著說著，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產。” 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，那并不是什么缺點，但是對于運載火箭而言，那就是一個大問題。 這也是為什么長11的芯二級，不得不采用氫氧燃料的原因，因為固體燃料一點火，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，只能靠蠻力一沖到底。 如果在燃料消耗殆盡之前，不能達到指定的軌道，那最后只能將錯就錯了。 航天研究院有好幾個研究所，在從事固態燃料的精確燃燒控制，只是成果寥寥無幾。 納米崛起 第二百零九章 致命溫度
這一枚運載火箭，只是一個半成品，黃修遠目測了一下，估計只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，設計的指標高得嚇人。 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號，長12的有效載荷只有對方的40左右。 但是如果對比兩者的載荷比，就會發現土星五號的近地軌道載荷比，只有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，可以將載荷比提升到0.0449，這確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，將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高能燃料作為燃料的運載火箭，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，只能一點點來。 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，這確實讓一眾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，導致發動機尾焰溫度，達到了驚人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硅納米鍍層，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。 他們在發動機的內壁，通過硅納米鍍層技術，鍍一層硅納米，然后用離子沉積的方式，沉積一層鎢納米層，如此重復操作，一共使用142層復合鍍層。 雖然硅納米和鎢納米層，只能承受4874攝氏度的極限高溫，但是鎢硅納米復合層，有一個非常好的特性，那就是高溫脫離。 當周圍溫度超過5300攝氏度后，鎢硅復合層會逐步液化，被發動機尾焰噴出發動機，這個過程中，會帶走發動機內部的一部分熱量，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。 只是這種方式，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，是治標不治本，只能延緩時間，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的設計指標是長11的三倍多，導致發動機難以長時間承受工作溫度”ωωω.⑨⑨⑨xs.co(m) 張培材無奈的攤攤手：“是的，如果增加發動機內部的鎢硅層，又會進一步增大發動機重量，而且發動機內部的空間有限，不可能無限制疊加鎢硅層。” 面對這個致命的溫度，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態，如果改回液體燃料，又顯得得不償失。 拍了拍自己臉頰，黃修遠盯著不遠處的長12箭體，陷入了沉思之中，未來確實存在不少的耐高溫材料。 問題那些材料，要么制造技術目前做不到；要么需要稀有元素，成本異常高；要么就是實驗室的概念性產品，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。 一會之后，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號人，都要五體投地了。 黃修遠笑了笑：“說笑了，我又不是什么嬌生慣養的大少爺。” 一行人繼續討論長12的問題。 說著說著，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產。” 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，那并不是什么缺點，但是對于運載火箭而言，那就是一個大問題。 這也是為什么長11的芯二級，不得不采用氫氧燃料的原因，因為固體燃料一點火，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，只能靠蠻力一沖到底。 如果在燃料消耗殆盡之前，不能達到指定的軌道，那最后只能將錯就錯了。 航天研究院有好幾個研究所，在從事固態燃料的精確燃燒控制，只是成果寥寥無幾。 納米崛起 第二百零九章 致命溫度
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