【精武门】史上性价比最高的火箭发动机，上天一次省2000万美金

前苏联曾有一部科幻电影，叫《The Sky Calls》。电影中有这样一个场景“火箭在人们的注视下升空，冲破...



前苏联曾有一部科幻电影，叫《The Sky Calls》。电影中有这样一个场景“火箭在人们的注视下升空，冲破大气层，将飞船送入太空之后缓缓落地。”当时的电影人之所以有这样的构想，可不是空穴来风。1957年，苏联在运载火箭上捆绑了三节R-7，将人类首颗人造卫星斯普特尼克1号送上了天。

这枚卫星在当时引起了巨大的轰动，它不仅意味着卫星时代的来临，同时也彻底改变了通讯行业、导航领域的发展以及人们观看足球比赛的方式。不过，这颗卫星在太空中运转不到一个月就没电了，想再发射一颗卫星就得重新造火箭，然而运载火箭的造价很高且是一次性的，想频繁发射卫星比较困难。这时候人们不禁想，如果火箭发射完可以自己回来就好了。

半个世纪之后，从小就喜欢科幻片的马斯克决定尝试这个电影里的构想，成立了私人太空发射公司SpaceX，公司的理念很简单，就是降低火箭发射的成本。即使已经是特斯拉和PayPal的联合创始人，火箭实验之初，他还是差点赔的倾家荡产。令人意想不到的是，十多年之后马斯克居然成功了。2016年7月，他创办的SpaceX公司研发的猎鹰9号运载火箭，在将“龙”飞船送入太空后，成功着陆，人类首次实现了火箭回收。



猎鹰9号不仅以先进的技术，成功回收了火箭，在配置方面，SpaceX公司自主研发的最新一代梅林-1D发动机推动力也极佳，同时还具有低成本，高效率，运力强的特点。

从造价来看，猎鹰9号每台售价6200万美元，而同样是可以重复使用的航天飞机，研发费却就要20亿美元。另外由于航天飞机的固体助推火箭是用伞降的方式降落到海里，通过船舶打捞回来，修理后继续使用。整个过程对火箭的损耗很大，检修费用高达5亿美元。

猎鹰9号火箭选择了垂直起降（VTVL）这种陆地回收方式，简单说就是添加几个在起飞时可以收起来的，带缓冲着陆的支腿，既不需要降落伞舱，也不需要气囊，这大大降低了维修和翻新的费用。传统轨道火箭每次都是用完即弃，每次发射成本最少要 6000 万美元以上，而猎鹰9号每次的发射成本最多可减少 30%，整个太空行程的成本降低了100倍左右。自此之后，发射一次卫星损耗的只是占火箭成本0.3%的燃料，连普通企业也能开展在宇宙的业务了。

要使火箭顺利垂直起降，发动机是关键。猎鹰9号要在起飞后的3分钟，实现一二级分离，上面级继续推着飞船冲破大气层，同时末端的9台梅林-1D火箭发动机的一台中心引擎进行三次点火，第一次用于修正降落地点，第二次在超音速返回时减速点火，使一级火箭返回大气层且将速度降到250米每秒，第三次是降落点火，让它保持2米每秒的速度安全着陆。

要完成这一系列操作，就意味着梅林发动机的节流和多次启动能力必须过硬。发动机要有深度节流能力，推力从大到小要灵活可调，而且能调整到一个相对很低的程度。同时，发动机在每次发射和回收中都要完成四次可靠点火，且能经在超音速环境下点火反推。

这些，梅林发动机都做到了。经过了大刀阔斧的改造，SpaceX公司自己研发的新一代梅林发动机，已经成为发动机中的佼佼者了。最新型梅林1D的芯一级燃烧时间为162秒，九台发动机的海平面推力为7607kN，二级燃烧时间为397秒，推力为934kN。虽然单台发动机的推力不高，但是9台的的合力远远超过了推力为1505 kN的，当前比冲最高的火箭发动机NK-33。



如果只是火箭造价低，发动机还不够，能不能完成运载任务才是关键。目前，猎鹰9号近地轨道（LEO）最大载荷为22.8吨，地球同步转移轨道(GTO)最大载荷为8.3吨。这样的载荷量意味着，猎鹰9号能够轻松的承担为低轨道航天器、空间站进行补给的任务。

与之相比，处于世界前列的中国长征五号运载火箭的近地轨道（LEO）最大载荷为25吨，地球同步转移轨道(GTO)最大载荷为14吨，可见猎鹰9号的载荷水平已经逼近长征五号了。

接下来，SpaceX将把重点放在猎鹰重型（Falcon Heavy）火箭上。这枚火箭是由三个一级火箭连接而成，每级火箭由3个猎鹰9内核组成。也就是说猎鹰重型火箭有27个梅林发动机，推力可达500万磅，有望完成NASA交代的载人航天计划。





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