航天运载火箭有液体、固体之分,对此你了解多少?

刘晓楠

2019年08月23日08:24  来源:人民网-科普中国
 

航天火箭分为液体火箭和固体火箭,那么,这两种火箭有什么区别呢?首先,区分液体火箭和固体火箭主要看推进剂(包括燃料和氧化剂)的形态。液体火箭采用液体推进剂,分别贮存在火箭的氧化剂箱和燃料箱内,工作时由输送系统将它们送入发动机的燃烧室;固体火箭采用固体推进剂,就贮存在发动机燃烧室内,无需贮箱和输送系统。这就是固体火箭和液体火箭在箭体结构和动力装置上的主要差别。

上述不同造成了它们自身不同的特点,下面我们来比较一下。

发射周期谁更短?发射周期也就是发射前的准备时间,液体火箭的推进剂分子活性强,化学稳定性低,其中的低温型推进剂必须低温储存,而火箭本身很难做到这一点,因此,通常燃料箱不加注推进剂,到使用的时候再加注,因而液体火箭准备时间较长。以长三甲系列火箭为例,发射前要进行转场和多轮测试,要加注推进剂,各个环节走完得20天左右。

而固体火箭的推动剂已经预先混合好,燃料和氧化剂颗粒很早就固定在发动机里,到发射场后只需要进行简单测试就可以发射了。比如许多军事导弹从接到发射命令到导弹发射出去只有几分钟的时间,准备周期越短,意味着快速反应能力越强。

储存周期谁更久?对于液体火箭而言,液态推进剂存在易挥发、腐蚀等风险,因此在临发射之前加注完成后,必须在一定时间内发射出去。以常温推进剂四氧化二氮和偏二甲肼为例,它们加注后存储周期是7天左右;而低温推进剂液氢、液氧,它们的存储周期则只有1天。

而固体火箭添加推进剂就像是在火箭里浇筑水泥一样,燃料固化后就是一个固体药柱,不像液体燃料会挥发,也没有腐蚀性,因此保存时间可长达数年之久。

运载能力谁更强?虽然液体火箭发射周期长,但它的发动机燃烧效率很高 , 能提供强大推动力,在相同起飞规模下,液体火箭运载能力更大,可以用更少的燃料走更远的路。因此液体火箭的乘客大多都是“重量级”的,一般在一吨以上,常见的有通信卫星、载人飞船、空间站等。

相比之下固体火箭的运载能力较弱,只有几百公斤左右。不过近年来,全球范围内500公斤以下小卫星的发射需求飞速增长,很多小卫星都在寻找搭载的机会,因此固体火箭就像是专门为小卫星定制的一样,具有非常大的优势。

关机控制谁更灵活?液体火箭除了运载能力更强,还有一个特殊的优势,其可以控制关机。液体火箭就像家里的天然气灶,不想继续使用时只需关闭阀门,重启阀门就可以二次启动。我们可以利用这种控制调整火箭的飞行轨道。而固体火箭则像是烟花中的窜天猴,一旦点火只能等待燃料耗尽,即固体火箭不可以中途控制关机。

综上比较,液体燃料发动机具有推力大运载能力强、可控性高等优点,但制作复杂,价格高昂,通常应用于航天运载火箭领域;固体燃料发动机准备周期短 、保存时间长、简单便宜,安全可靠,易于转场搬迁,但固体推进剂对环境有毒,很难安全地制造和操作,所以通常应用于导弹等军事火箭中。

目前国际上的主要航天强国都是“固液并存”,而且在多级火箭中,经常有的级使用液体推进剂,有的级使用固体推进剂,都是为了更好地发挥不同推进剂的优势,只有兼顾才能满足更多的任务要求。

本文由空军指挥学院教授徐邦年进行科学性把关。

(责编:王绍绍、王燕华)