化学火箭之外能否有更高效的航天运载火箭?
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时间:2024-08-17 14:20:57
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化学火箭之外能否有更高效的航天运载火箭?【专家解说】:1、目前没有更好的。2、将来会有更好的。3、对于恒星际航行来说,都不够,我们现在所有的技术、理论还有观察到的现象,找不到能够满
【专家解说】:1、目前没有更好的。
2、将来会有更好的。
3、对于恒星际航行来说,都不够,我们现在所有的技术、理论还有观察到的现象,找不到能够满足条件的技术。
目前来说,除了化学能火箭之外,还有几种。例如核热火箭,离子火箭(电火箭),太阳能光帆,激光光帆。但是各有各的缺点。
核热火箭就是用核能将工质加热后直接喷出去。它的比冲比较高,但是推重比和绝对推力低。在地球上飞不起来(克服不了地球引力),只能用作轨道转移。如果将来要去火星,核热发动机是热门选项。
电火箭目前在卫星上已经用得比较多了,它的比冲可以达到化学能火箭的5~10倍。但是推重比和绝对推力低得一塌糊涂,现在一台推力0.2牛顿的电火箭发动机要100多公斤重,还不包括电源。化学能火箭几分钟就能完成的加速,电火箭要半年。
光帆也有不少讨论,但基本上都是噱头。它的比冲理论上是无限大,但推重比和绝对推力更加惨不忍睹。最大的缺陷是随着距离增加,推力会极速降低,直到可以忽略不计。
未来的技术发展可能会解决一些问题,但是对于恒星际航行来说还是不够的。
根据动量守恒,火箭的末速度和比冲以及干质比的对数成正比。干质比达到一定程度之后继续提高的困难极大而收益极小。比如干质比20倍时,它的对数大约是3,提高到150倍时,大约也只有5。然而一个铝质易拉罐的干质比也只有25倍左右。所以要想大幅度提高火箭速度,比冲是决定性因素。
如果我们想要飞往另一个恒星,达到光速的10~20%,那么比冲至少要达到10000公里/秒,也就是化学能火箭的2000~3000倍。
推重比低和绝对推力低产生一个严重的问题,那就是加速太慢。卫星用半年时间挪到轨道已经很慢了,但如果需要几十年上百年才能加速到光速的十分之一,那么火箭上的设备早就报废了。星际飞船,有效载荷至少一千吨,加上燃料等七七八八,整个飞行器至少也是十万吨的级别。所以推力没有个一万吨都不需要拿出来看了。
但比冲大,推力也大,就意味着功率极大。如果按10000千米/秒的比冲和10000吨推力计算,功率大约是500TW,相当于中国全部电力装机容量的300倍。
2、将来会有更好的。
3、对于恒星际航行来说,都不够,我们现在所有的技术、理论还有观察到的现象,找不到能够满足条件的技术。
目前来说,除了化学能火箭之外,还有几种。例如核热火箭,离子火箭(电火箭),太阳能光帆,激光光帆。但是各有各的缺点。
核热火箭就是用核能将工质加热后直接喷出去。它的比冲比较高,但是推重比和绝对推力低。在地球上飞不起来(克服不了地球引力),只能用作轨道转移。如果将来要去火星,核热发动机是热门选项。
电火箭目前在卫星上已经用得比较多了,它的比冲可以达到化学能火箭的5~10倍。但是推重比和绝对推力低得一塌糊涂,现在一台推力0.2牛顿的电火箭发动机要100多公斤重,还不包括电源。化学能火箭几分钟就能完成的加速,电火箭要半年。
光帆也有不少讨论,但基本上都是噱头。它的比冲理论上是无限大,但推重比和绝对推力更加惨不忍睹。最大的缺陷是随着距离增加,推力会极速降低,直到可以忽略不计。
未来的技术发展可能会解决一些问题,但是对于恒星际航行来说还是不够的。
根据动量守恒,火箭的末速度和比冲以及干质比的对数成正比。干质比达到一定程度之后继续提高的困难极大而收益极小。比如干质比20倍时,它的对数大约是3,提高到150倍时,大约也只有5。然而一个铝质易拉罐的干质比也只有25倍左右。所以要想大幅度提高火箭速度,比冲是决定性因素。
如果我们想要飞往另一个恒星,达到光速的10~20%,那么比冲至少要达到10000公里/秒,也就是化学能火箭的2000~3000倍。
推重比低和绝对推力低产生一个严重的问题,那就是加速太慢。卫星用半年时间挪到轨道已经很慢了,但如果需要几十年上百年才能加速到光速的十分之一,那么火箭上的设备早就报废了。星际飞船,有效载荷至少一千吨,加上燃料等七七八八,整个飞行器至少也是十万吨的级别。所以推力没有个一万吨都不需要拿出来看了。
但比冲大,推力也大,就意味着功率极大。如果按10000千米/秒的比冲和10000吨推力计算,功率大约是500TW,相当于中国全部电力装机容量的300倍。
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