太空梭的助推器為何用固推而不用液推?


本時空、本位面,美國60年代末、70年代初開始的太空梭計劃,一開始其實是認真考慮過液體助推器,同樣採用降落傘、海面濺落回收的。而當時的各家廠商也都提供了兩種助推器的初步設計(見下面圖4)。最後採用了固體助推器(SRB)基本上是為了省錢。也是太空總署(NASA)跟美國空軍以及白宮管理及預算辦公室(Office of Management and Budget,OMB)之間博弈的結果。

使用液體助推器的初始設計費用較高,但是每次發射費用較低,而且安全係數較高(特別是如果要考慮點火後要取消發射及設置乘員逃生系統的話)。使用固體則相反,初始設計費用較低,但每次發射費用高,安全係數低(而且一旦點火無法回頭)。所以,單從發射費用角度來看,如果能夠做到高頻率發射,用太空梭包攬所有低地軌道載荷發射的話,則液體助推器會是更合算的。反之,發射頻率不高的情況下,則固體助推器更合算。但是,當時美國空軍堅持應該保有提坦-III這類重型拋棄式火箭發射能力,所以太空梭的發射頻率註定不會太高。同時,OMB也認為設計液體助推器的話,整個計劃在設計階段會花太多錢,超過55億美元的預算。

更具體一點的說,當時OMB的研究,設計固體助推器能比液體省7.3至10.5億美元,也就是佔了預算將近五分之一的錢。這點可以參見下圖5。另外,圖5中一點有趣的就是,設計上不考慮取消發射的能力及乘員逃生系統,也能省2.6億。

於是最後三方妥協的結果就是使用固體助推器。

當然,從後來的發射頻率看,用固體是明智的。不過另一方面,固體助推器O型密封圈的問題又是導致1986年挑戰者事故的禍首。當然這些都是後話了。

72年版的太空梭B階段計劃封面:

B階段計劃液體助推器部分:

B階段計劃固體及液體助推器優劣對比:

Thiokol 公司(生產型SRB供應商)提供的固體及液體助推器初始設計示意圖:

OMB對不同配置的太空梭的預算研究:


1) 結構簡單,美帝國主義在固體發動機上的可靠性實際上比液體發動機還高
2)巨型液體發動機使用不方便,比如F1,點火到100%推力需要7妙,太麻煩


太空梭液推也用過啊。
艾瑪 我突然發現 百度百科 也寫的很完整了

液體火箭
液體火箭助推器(簡稱「液體助推器」)是一種捆綁在火箭芯級第一級,增加火箭運載能力的液體燃料小型火箭。與固體火箭助推器不同的是,液體助推器可以在必要時切斷推進劑供應來緊急剎車。這對載人航天器發射很重要。聯盟號運載火箭的前身R7導彈,就採用了液體助推器,使得火箭可以在發射台上點火檢查發動機工作情況。80年代,蘇聯的能源號使用了四枚天頂號做助推器,將暴風雪號太空梭和極地-1號送入太空。日本的H-IIA中有兩個版本的火箭也使用了液體助推器來增載入荷。阿麗亞娜四號中部分型號(42L, 44L和44LP)採用了兩或四個液體助推器。無助推器的標準型阿麗亞娜四號可以將2175kg貨物送入轉移軌道。而44L型可以將4790kg貨物送入同一軌道。

太空梭研發期間就曾考慮過使用液體助推器,尤其是挑戰者號事故後,又有提議用液體助推器換下太空梭上的固體助推器,四家公司還為NASA設計了助推器。儘管液體助推器的安全性和高性能很有優勢,然而研發成本迫使NASA堅持使用固體助推器。


固體火箭
固體火箭助推器(Solid rocket boosters,SRB,簡稱「固體助推器」)是一種捆綁在航天運載器上提供附加推力(有時是主要推力)的火箭。阿麗亞娜五號、宇宙神五號以及的美國的太空梭都使用固體助推器。其中太空梭使用的固體助推器是這類助推器中推力最大的。
相比液體助推器,固體助推器的優勢就是推力更大,且不需要製冷隔熱設備。將固體助推器用於液體火箭芯級能減少液體燃料的使用,減輕火箭整體重量。固體助推器設計成本更低,生產和測試也更容易,但造價卻比相同推力的液體助推器高。固體助推器點燃之後就很難在燃料耗盡前停車,這對於載人航天器發射來說是個風險因素。固體助推器的事故率大約是1%,且事故往往是災難性的。固體助推器還有一種潛在風險,就是在推進劑的製作過程中,混合起來的推進劑遇火就會發生爆炸。2003年8月22日,發生在巴西阿爾坎塔拉航天中心發射台的火箭爆炸事故就造成了21名技術人員喪生。無人和載人太空梭衍生運載器都計劃使用太空梭固體助推器的改進型,其中載人運載器將使用一枚增大型固體助推器作為其第一級。

可回收
可回收助推器又稱可回收助推發動機。發動機工作結束後,部分主要部件可以回收,經修理後可重複使用的助推器。美國踢奧科爾公司研製的美國太空梭固體助推器是用於載人航天的特大型分段式可回收固體助推器。它是世界上第一個可回收並可多次重複使用的特大型固體助推器,一般金屬件按照設計可重複使用20次,柔性噴管的柔性接頭可重複使用10次。
————————————分割線————————

最後進行 想關補充,這樣顯(裝)得專業(逼格)高一些

在目前的助推結構確定前 在1970年代 有很多種方案,其中就有兩個液體推進劑為特徵的方案

放棄的主要原因是 修復費用低 但研製成本很高 並且需要研製更大的火箭發動機和降落傘

對於SRB(Solid Rocket Booster),其研製成本是最低的,但是修復成本高

然後到了70年代末,NASA不甘心,又設計了幾種液體助推器方案
相關文獻做了如下的敘述:
「第一種液體助推器以海洋回收為目的設計,但沒能代替SRB是因為比SRB脆弱,不能承受海洋沖劑和腐蝕。第二種是返回式助推器,但其助推器安裝位置不同,需要重新設計外貯箱和連接處,發射設施也要有比較大的改動,加之尾翼面積增大,發射時會產生不同的氣動性」


回收成本問題

早期方案的液體助推器像太空梭本身一樣帶有機翼、能飛回跑道著陸,或者像現在這樣垂直起降。

搜索Saturn Shuttle方案,有過這個設計

後來聽了某個人的遊說,為了節約成本,改成傻大憨粗的鋼殼固體助推器用降落傘丟在海里撈出來。液體火箭太嬌氣丟在海里會被海浪打壞。參考最近SpaceX的回收視頻,落海時還是好的,撈出來不能用。不過固推的回收實際上是偽命題,殼子而已。


如果只是一次性使用,固體火箭還是比液體的便宜。
而且固體火箭可以通過降落傘簡單回收,液體火箭用降落傘需要全新的結構,性能會受到影響。
第一級起飛階段追求的是最大推力,對比衝要求不高,固體火箭可以揚長避短。

當然在SPACEX起來後,這些都不是事。
獵鷹重型火箭就是捆綁了3個獵鷹9火箭,發射後三個火箭分別飛回來。
只看單詞發射,是比捆綁固體推進器貴的,但是算上復用就便宜多了。
固體推進器重複使用是個偽命題,它能復用的只是殼子而已。


固態火箭簡單可靠,就一個大號煙花,連成分都一樣:裡面就是高氯酸鉀和鋁粉及粘合劑。不用去維護調試,加註燃料、保持低溫這些瑣事煩擾。優點很多。缺點是比沖低,不能調節功率,不能二次開機,甚至不能關機,大型固態火箭葯柱澆築工藝困難。不過太空梭自己有主發動機。可以代替固態火箭進行推力和方向調節,綁兩個大煙花當助推還是蠻和諧的。


養人也是一種考慮,美帝也一樣。固體發動機行業除了導彈就只有運載用了。武器批生產完後,訂貨量會大大減少,那這些人怎麼養?運載畢竟有一個穩定的發射量。據說太空梭退役後,ATK公司跟軍方已經提高了固體導彈的單價。


建議樓主玩一玩《坎巴拉太空計劃》,在這個遊戲裡面你只要把衛星入軌之後就知道這是為什麼了! 本騷年現在正在攻略JOOL(木星)


固推便宜,結構簡單,推力大,但無法調節推力。所以最適合在起飛階段助力。

玩過坎巴拉太空計劃的都知道,固推就是萬能葯。飛不起來?多綁幾個固推就行了。。。


齊奧爾科夫斯基公式 V=c·ln(Mo/Mk),其中Mo為火箭初始質量,Mk為燃料燒完時的質量,c為燃氣噴出相對火箭的速度。火箭分級,可以從M0/Mk來理解,即儘快拋掉沒用的附加質量。液體推進劑比固體推進劑比沖大,可看做c更大,所以越是上面級越要拋掉沒用的質量同時使用比沖大的液體推進劑。相對來說即經濟又能獲得最大的速度。


這個可以答,航天熟人多哈。固體發動機可靠性要高很多,推重比也高很多,維護使用很方便。可以帶來更小的體積,惡劣環境的高賴受,維護簡單,準備時間短。缺點是開始就不能停,出了問題只能自毀,更危險,而且高推重比葯特別貴,黑索金的價值是等量的黃金,一般燒不起。葯柱的製造工藝要求高,還需要探傷設備也很麻煩,總體說來就是力大,製造難,使用簡單,控制無力
液發的特點是結構特別複雜,不光是燃料,還需要配合的管路,控制閥門,氣瓶。使用起來對場地要求高,準備時間特別長,加註過程比較危險。不過優點是控制靈活,而且比較便宜,技術相對較低。
個人認為固發還是發展方向,技術上實現控制和費用的問題就好了。不過現在技術有限,液發還能有一段時間的應用回到問題,太空梭空間更貴,而且你說的到底是什麼發動機,是控制用的還是推進一次性的,我記得控制來說必須液發啊,衛星上面都是液發,控制固發怕是美帝也拿不下啊


現在我國固體火箭帶有明亮尾焰,並且冒白色尾煙的火箭越來越多,從經驗判斷,單從比衝上說,感覺水平應該差不多吧。當然研製出更好的推進劑也未必。
遠火以及部分防空導彈,尾焰還是有點偏黃色,煙也沒那麼白


固體推重比高,雖然比沖低,但是早晚是要拋的


請問樓主,你覺得固體和液體哪個壓縮比更大些呢?裝藥量不是隨便一說的好吧,你以為是一邊把脈一邊思考幾錢的藥劑量嗎?


推薦閱讀:

為什麼dream chaser的前起落架設計成這種樣子?
美國和前蘇聯的太空梭有什麼區別?
太空梭的重力轉向為什麼總是機背朝向地面?
如果哥倫比亞號太空梭在返回時預見到了可能會發生災難,有沒有什麼辦法能夠避免?
太空梭發射時不會往背著軌道器的那一邊傾嗎?

TAG:太空梭 | 飛行器 | 航天 |