【番外篇】长征九征项目将展示中国人走向星斗大海的雄心勃勃
原创兼泉源 男神是矮方方 哔哩哔哩弹幕网
开篇之前，up主先认个错，之前许诺过列位的这篇文章的后续
http://m.toutiao.com/is/JuYNqGL/
的番外篇《中国人将怎样登月与走向深空》 果不其然的鸽了，对此up主感触非常愧疚。这个番外篇涉及到的资料有点多，而up主近来又挺（偷）忙（懒），以是这个番外篇就鸽了。
但在为这个番外篇网络资料的历程中，up主又在长征九号上发觉了一些新的点。是以up主决定：将本篇文章定名为《番外篇》，褫夺登月那篇文章“番外”的头衔。
声明：本篇文章的数据和图片皆来自互联网，并没有泄漏国度秘密的隐忧
对长征九号项目增添的认知，泉源于长征九号的各个方面。在此，我们大抵将其分为：
一、YF130火油发动机
二、YF90氢氧发动机
三、YF75膨胀轮回发动机
四、长征九号将来的进展
五、长征九号的敌手们
下面就我们就从YF130开始提及
一、YF130火油发动机
上篇文章中，我们比力大略的先容了火油机的汗青和国际上几个典范的火油机，却忘记了先容一下YF130的的数据在国际上是什么程度，以及将来的进展远景。
因为现在所知的数据并未几，我们就单以比冲作为比力尺度吧。
比冲，简洁的来说，形貌的是发动机对燃料的使用率。比冲越高，在推力雷同、燃料重量雷同的情形下，可以让火箭得到更快的速率以及更高的高度。
利用燃气产生器轮回的火油机比冲广泛较低，如土星五号的F1，海平面比冲仅263s，spacex公司的“劳模”梅林1D海平面比冲仅275s。
富氧预燃的火油机比冲通常较高，如中国yf100的海平面比冲为300s（2942.0m/s），闻名毛发nk33的海平面比冲略低于300s（2913.57m/s），rd170的比冲则为308s（多室发动机的燃烧室膨胀比有天赋上风）
yf130的海平面比冲则是
因为是腾飞级，这里的比冲指的是海平面比冲
影响比冲的身分通常有两个：燃烧室的面积，和 燃烧室的压力。
想在雷同的燃烧室面积底子上进步比冲，要领也有两个：增大燃烧室面积 大概增大燃烧室压力，因为增大高温高速燃气的压力对付燃烧室质料性能的挑衅很大。以是进步发动机比冲普通都是通过增大燃烧室的面积来实现的。
这此中有两个比力典范的案例：rd180与RL10
当年，俄罗斯人把rd170切成两半研发出rd180，rd180的海平面推力由理论上的370吨酿成了390吨。rd180的海平面比冲也从rd170的308s酿成了311s。
此中最要害的缘故原由，便是俄罗斯人把rd170本来的24.5MPa室压提拔为了rd180的25.7MPa。
而美国的传奇氢氧机RL10，后期加装延伸的折叠喷管之后，真空推力由66.7KN（约6吨）提拔到了110.1KN（约11吨），真空比冲由433s提拔到了462s。（固然提拔的缘故原由不止是由于加长了喷管，但是喷管的影响最显着）
比冲、推力、室压，这三者相互联系关系、相互影响。那么题目来了：YF130的室压有多大？
我们就大略的比力一下利用两台yf130的长九5米直径助推和利用单台rd170的天顶号火箭的燃烧室面积。
可以看到，天顶号火箭3.9米的芯级被四个喷口塞的满满当当，而长征九号的5米助推也被四个喷口塞得满满当当。
是以我们也可以得出结论：yf480的燃烧室面积比rd170大的多
然而，两台燃烧室面积更大的yf130固然推力到达了960吨，比rd170的740吨大。比冲却仅仅到达306s，低于rd170的308s。
更大的燃烧室面积却带来了更小的比冲？实情只有一个：yf130的室压比RD170的24.5MPa小得多。
实在，yf130的指标对付中国航天来说原来便是相称大的技能困难。更大的室压带来的必定是更大的技能难关，对付耐热质料的性能和发动机布局的设计都是更大的挑衅。
中国航天之以是低落了yf130的设计室压，实在照旧一种技能守旧的头脑。重要是为了低落研举事度，不让yf130由于过多的技能困难而难产，终极拖累长征九号的首飞。
长9是中国超重型火箭范畴唯一的顶梁柱
说究竟，照旧由于中国航天缺钱却又志向弘远，导致中国航天不得不走上“一发定全局”的高危险门路，一旦一生机箭的放射推迟大概妨碍，一大堆航天打算都得随着推迟。
yf130的设计指标固然看起来激进，但实在内里照旧有不少的守旧头脑。但是，这也为yf130留下了大量提拔空间，将来长征九号首飞乐成之后，基于yf130成熟原型机的种种改型也会敏捷的提上日程，使得yf130不但可以技能稳健的传承下去，还能打击“国际领先程度”。
通过增大室压增添了推力和比冲的yf130改型，将来装上长征九号之后，还大概使得长征九号的leo现实运载力直接飙上200吨，成为人类汗青上第一款200吨运力的火箭。
之前最被人熟知的打击200吨运力的运载火箭，照旧苏联由能源号进展来的祝融星号。
精 苏 落 泪
而将来yf130的改型，除了可以更换双发yf100的单室构型之外，也有大概进展出rd170那样的四室构型。
大抵进展表示图
四室构型固然看起来很大块，通用性差。但是他对将来长征九号的革新实在是挺有利的。现在长征九号的腾飞级是12台yf130，将来则可以做到只用6台发动机就将180吨乃至200吨载荷奉上leo
魂魄绘画，表现一下长九芯级用两台顶四台后的想象图
如许做还可以低落因为多台发动机事情时孕育发生的振动曲线产生耦合造成整箭共振、终极全部部件都正常运行但整个火箭损毁的危险。如许的功德可上哪儿找去
除此之外，归并成四室的时间纵然不增添室压，总推力也到达了960吨，假如再把室压往上提一提，人类汗青上的第一台千吨液体发动机就诞生了。
上一台想做到千吨推力的液发，照旧苏联曾假想过的rd150，也便是rd170的前身，厥后因为指标太高就放弃了。
中国火箭发动机的研发，一向有 “N年不换一个型，换一个型够吃N年” 的传统。比及yf130在长征九号上首飞乐成，验证技能稳健之后，不知道这个发动机够中国航天吃几多年呢？
二、YF90氢氧发动机
关于这个220吨氢氧发动机的先容，上一篇文章实在已经说的挺清晰了，在这里我们再做一些补足。
关于“服从低下”的苏联rd0120
在上篇文章中，up主临时口急心快，直接说rd0120上氢氧泵共轴的设计导致了他的燃料使用率低下，比冲较低。实在这个总结并不全面
up主厥后查阅了一下百度，发觉rd0120的海平面比冲为 359s简直低于rs25的 366s和rs68的365s。
然而他的真空比冲却为455s，比 rs25的 452s和rs68的 410s高了不少。
这件事也报告了我们三个原理：1，比冲实在是一个非常庞大的观点，并不是几个身分就可以决定的，但是up主并不是专业搞航天的，以是就不睁开细说了。2，在人类科学家的才智眼前，任何桎梏和困难都是不存在的。3，苏联科学家是真的强。
再回到yf90，现在我们并不知道yf90的海平面比冲是几多，仅仅知道他的真空比冲是453s。
哪儿会有453s海平面比冲的氢氧机
只标出真空比冲，也评释了yf90的此中一个设计头脑：从第一台原型机开始，就在为真空举行优化设计了。
之以是如许设计，是由于yf90装在了二级，当二级点火的时间，箭体已经倘佯在100km高度的太空分界限周边，此时已经险些是真空事情情况了。
为真空举行设计优化的利益是真空推力和比冲得以进步，弊端是会滋扰在海平面事情时的推力和比冲。假如要同时在海平面和太空事情，那就会是另一个矛与盾的困难。（之前所说的rd0120、rs25和rs68都是如许）
这或许也是中国航天的科学家们终极选择在长征九号的一级上全放火油、把氢氧放二级的此中一个缘故原由：简化事情情况，就可以简化研举事度，包管研发进度不受阻，并且更简单包管事情时的可靠性。
三、YF79膨胀轮回发动机
在上篇文章中，我们提到过有的同砚担忧yf79是长征九号技能难度最大的一部门，会拖整个项目标后腿。
现实上，膨胀轮回发动机的闻名之处就在于他的布局简洁却可靠，真空性能好，研举事度也不高。
膨胀轮回液氢发动机的道理很简洁：把液氢引出来，液氢被发动机加热成气体，氢气受热后体积膨胀带来冲力，氢气打击在涡轮上动员涡轮泵，涡轮泵抽出液氧液氢进入燃烧室燃烧，发动机连续事情孕育发生推力。
膨胀轮回分为闭式和开式两种。
此中，闭式膨胀轮回是指作为动力源的氢气完成使命之后，陆续输入燃烧室举行燃烧，但是如许会导致膨胀后的氢气受到来自燃烧室的负压，进而导致氢气动员涡轮泵的力度低落。
终极发动机抽不到充足的燃料，无法连续事情。也是以，闭式膨胀轮回的极限推力无法逾越30吨。
非常优异的460s真空比冲
这个25吨真空推力的yf79，实在并不算是格外刁钻的技能困难。在之前中国就搞过闭式膨胀轮回的氢氧机了，那便是推力9吨级的yf75d。
而开式膨胀轮回氢氧机就比力冷门了，现在只有一个国度搞过，那便是日本，代表型号LE5和LE9。
为H3火箭而生的LE9，围绕着燃烧室的庞大氢气加热管非常惹眼
开式膨胀轮回，顾名思义，完成使命后的膨胀氢气直接排挤去，不输入燃烧室举行燃烧。
如许带来的利益是动力源氢气不受燃烧室的高压影响，发动机推力可以做到百吨以上（LE5B推力13吨，LE9推力140吨）。弊端是大量氢气没有颠末燃烧就排挤去了，直接拉低了发动机的比冲，并且推力越大，白费的氢气越多，比冲就会越低（LE5B真空比冲447s，LE9真空比冲420s）
布局简洁，技能难度低，性能在氢氧机中倒是吊车尾，简洁两个字形容：“鸡肋”
四、长征九号将来的进展
要说将来的长征九号的进展，还得从放射场开始提及，文昌过几年彷佛要搞一个差别平常的放射办法
细致“火箭制造与测试基地”和“航天岛”两个地方
将来，将一部门火箭的制造、测试、放射将全部会合在文昌，幸免了转运火箭的舟车劳累和种种影响当地社会秩序的交通管束。
如果碰巧撞上晚岑岭啥的，那文昌人民还真是心态崩了
超重型火箭运到航天岛上放射，便利了火箭的组装转运放射一体化治理。四周的海水成了自然的降噪屏蔽。放射时也不再必要花大人力去管控放射场四周的职员秩序（旅行职员直接走到沙岸上就可以看了，缺的大概是几个救生员）
长九进军器箭返回？
关于火箭返回，最紧张的题目实在照旧本钱划不划算，这个题目实在还可以转化为别的一个题目：要不要接纳箭体？
在一坨被抛弃的一级火箭中，发动机是此中最贵、最重、最有接纳代价的部件，尤其是对付富氧燃烧发动机来说，假如乐成接纳，发动机的状态还能堪比全新货，可以省下很大的火箭制造本钱。
当马一龙在搞猎鹰9接纳的时间，nasa和中国航天局向spacex扣问最多的，也是“箭体能重复利用几多次”。
猎鹰9制造箭体利用的是2195铝锂合金，这种合金比起普通火箭的铝合金箭体但是贵了好几倍。再加上每次放射时翻新箭体花去的本钱，根据NASA的盘算，猎鹰9至少要重复放射10次以上，才气做到回报大于支付的可连续轮回。
spacex曾放出豪言猎鹰9可以重复利用100次，然而现在猎鹰9能做到的最大重复放射次数是几多呢？是5次，并且看起来箭体状态不太妙。
这给带着箭体接纳的方案是否真能省钱打上了一个大大的问号。
同样是火箭接纳，美国闻名黑店ULA则在新的“火神”火箭上给出了另一个办理方案：只接纳发动机
用的照旧充气隔热罩
据ULA所说，如许能让每生机箭的本钱淘汰百分之60，但是详细怎样，仍旧必要现实验证。
对付长征九号来说，搞火箭接纳是一个大偏向，但是重复利用的箭体必要相称高的制造本钱，利用次数多了还简单产生质料委顿断裂的变乱。
或许，把箭体直接抛弃，只把发动机捞返来才是长征九号搞接纳的最好门路了吧。
甲烷机挑衅下的火油火箭
甲烷火箭一向是一个饱受争议的题目，现实上，用甲烷当火箭燃料在当年美苏航天比赛的时间就想过了，但是终极两边都选择了火油。
甲烷的长处那么多（这里就纷歧一细说了），为什么美苏当年都没选择甲烷呢？
此中重要有两个缘故原由：
1，发动机的腐化题目，有的同砚肯定还记得，在上篇文章里，我们提到确当年美国研发F1时所碰到的谁人“室压大于7MPa就爆炸”的金属结焦困难。而这个困难到了甲烷机上之后，还变本加厉了。
一方面，恒久以来甲烷的产业化生产重要寄托从自然气中分散提取，而天下上大多数的自然气都混淆了不少硫杂质。
另一方面，因为甲烷的特别物理性子，在高温情况中，甲烷中混合的硫极易与铜产生反响，形成结焦，阻塞燃料管。这就导致了甲烷机对付燃料脱硫的要求非常高。
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当前，甲烷脱硫的技能已经进展的相称成熟了。排除了这一大停滞，将来随着化石能源的枯竭，甲烷火箭也将渐渐成为人类脱离地球的重要动力。
2，但是现在，甲烷机还不会是人类航天的重要动力。
一方面，煤油能源尚未枯竭，人类对火油的特性也更熟习。
另一方面，甲烷常温下为气态，要装入火箭还必要分外的冷却加压和箭体保温步伐。这些特性与火油是完全差别的，是以甲烷火箭与火油火箭的放射场无法通用，甲烷机乃至只能本身新建放射场，这导致了甲烷火箭的推广很迟钝。（固然，对付液氢+固推的放射场来说就简单的多了，终究液氢的加注也必要巨大的冷却办法，然而甲烷的冷却条件却不必要液氢那么高）
可以预见，在将来的数十年里，甲烷火箭将与火油火箭并道相驰，但是难以代替火油。
五、长征九号的敌手们
关于天下上正在研发的重型火箭的先容，我们在上一篇文章已经说过了，在这里我们重点先容一下美国的SLS项目。
最新消息，因为SLS首飞的载荷猎户座飞船的地面测试显现题目，SLS的首飞推迟到了2021年。
而因为新冠疫情的原因，到了2021年SLS能不克不及乐成首飞照旧一个谜。（他的首飞原来定的是2018年的啊！！）
在上篇文章中，up主曾大略的提到过SLS最高有160吨的运力。厥后去查证了一下，发觉这个说法实在有些错误。
本来的SLS放射打算是如许的：
1、2020年，首发SLS block1，70吨LEO运力，重要卖力输送猎户座飞船绕月。
2、2023年，首发SLS block1b，105吨LEO运力，重要卖力输送深空之门月轨空间站的舱段。共同美国载人登月使命。
3、2029年，在月轨空间站和月面科考站设置装备摆设完毕今后，首发SLS block2，130吨LEO运力，重要卖力火星中转空间站的运输。共同美国载人登火使命。
在初期的ppt中，整个sls的放射打算还要往条件几年
在这里可以看到，130吨运力的block2已经是整个SLS打算中最大运力的构型了，并且照旧换装了先辈固推和芯级发动机模组的“魔改版”，至于传奇中的160吨运力，那还只停顿在“乃至大概到达”的层面（尤其因此当前形势来看，130吨运力的block2能不克不及生出来还纷歧定）
2020年以来，SLS打算惹得美国国会非常愤慨，详细缘故原由则是传统艺能：进度耽搁与预算超支。
为了给SLS打算办理鸡血，美国国会和NASA团结推出了三项应对计谋：
1，每天骂他“进度耽搁”和“预算超支”。（犹如没啥用，打不动厚脸皮）
2，向波音答应，不管你用啥方案，只要你包管能在2024年送美国人登月，整个sls打算中的其他项目我都可以答应你多鸽几年。（为什么这么焦急赶在2024年登月，难不可是东方某大国。。。）
3，聘请几家航天私企参加美国登月打算，而且体现出很观赏的模样。
实在，这些私企都只是收了钱来唱唱戏罢了，在NASA的心中，SLS的大火箭才是唯一能登上月球的谁人。
详细缘故原由？看看星舰的登月打算就知道了
要想登月后宁静重返地球，统共也许必要放射和对接17次
因为星舰打算选择了最“鸠拙”的团体入轨、团体登月、团体上升、团体再入 累加在一路的方案，再加上星舰的箭体是用不锈钢制造（不知道正式放射的时间照旧不是不锈钢），自身布局较重，星舰携带的燃料就未几，然而变轨所需的燃料却必要许多。
这就导致了星舰必要不绝的太空对接举行加油才气从月球宁静返回，此中，有些星舰乃至必要自身多次太空加油后才气为实行登月使命的星舰加上油。。。
spacex真能造出那么多星舰备用吗？这些星舰真能乐成放射、乐成对接、乐成返回吗？假如此中一环出了变乱，马一龙真有方法把人全救返来吗？这些都要打一个大大的问号。
实在另有更“实际”的方案
或许spacex本身也知道靠星舰打算可无法在nasa的登月打算里争到一杯羹，以是他还做了别的一个载人登月的ppt，然而这个ppt彷佛连NASA的门槛都没能进去。
现在spacex在nasa登月打算中分到的最大一杯羹，照旧深空之门空间站用于补给的一次性货运飞船项目。
然而，这个补给飞船和spacex谁人能多次利用的龙飞船干系并不大，这个飞船不克不及载人，也不克不及重复利用。
而nasa终极选择spacex来做这个项目标重要缘故原由也是由于价格够低，并且以往spacex的放射记载也比力精良。至于利用火箭发动机反冲垂直接纳、飞船重复利用多次之类的花里胡哨的高科技，nasa照旧一项也看不上。
不知不觉，这个番外篇已经码了6800字左右，和正篇有得一拼，时间也不知不觉来到了破晓一点，文章到了最终，却不知道该怎么扫尾，那up主就祝家人们做个美梦吧
至于下一篇《中国人将怎样登月以及走向深空》什么时间能肝出来，家人们敬请期望。我向家人们包管，最晚不会晚于本年圣诞节（开顽笑的啦）
