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【火箭结构】人类历史上最大火箭的前世今生:体型太大,只能浮在海上发射

1967年11月,NASA的重型火箭土星五号首飞。它110米高,起飞推力3400多吨。这些指标使得土星五号成为至今最大,推力最强的火箭。

不过其实在土星五号之前,人类设计的一款火箭曾经直接碾压它的大小,并彻底改变火箭科技的走向。

这款火箭就是“海龙号”。

它是一个巨大的两级火箭,设计定位低成本,发射超重载荷入轨。

“海龙号”最早来自于工程师Robert Truax的想法,Truax设想能有一款两级可复用火箭,可以将大量载荷送往月球和火星。

他的火箭设计的背后处处体现着对于结构简单、可复用、低成本的追求。

“海龙号”的一级只有一台发动机,而不是土星五号那样的多级并联。发动机没有使用复杂的燃料泵,而是使用液氮储箱为燃料箱加压,将燃料挤压进发动机,这样燃料泵复杂且不可靠的因素就没有了,使得发动机制造成本降低,易于维护。

而火箭的两级设计都是可翻新后复用的,所以它们每次发射后的回收都要小心谨慎。

火箭发射后达到38公里高空时,一级发动机关机,之后一二级分离,然后在落回地球的过程中展开喇叭形的降落伞。

这个形状怪异的降落伞一方面负责减速,另一方面还能调整好落水姿态,防止损伤发动机。

二级在将载荷送入轨道后也会以类似的方式返回地球。

由于”海龙号”的体型过于庞大、地面建造加陆路运输是不可能的了。起飞时巨大无比的噪声也会产生足以摧毁火箭自身和发射台的冲击波。

为了解决这些问题,火箭需要直接在海上建造并发射。火箭会在船坞内制造,之后拖到发射场。

为了让火箭竖起来,火箭底部的六个储箱会注满水,让发动机沉入海中。

虽然海射火箭在二战中就有所应用,但类似技术还从未在如此巨大的火箭上应用过。为了测试”海龙号”火箭,工程师将美国海军的“海马火箭”进行了改装。

测试开始于旧金山湾,工程师们将发动机在水上点火,之后沉入水中。他们发现发动机入水后仍能稳定燃烧,且海水会大大减少冲击波。

这次测试的成功让”海龙号”离诞生更进一步。然而就像很多其他火箭一样,”海龙号”最终还是停留在了图纸阶段。

六十年代晚期,美国投身越战,NASA的预算大幅缩减。相比之下,在六十年代中期,NASA年度预算顶峰达到了59亿美元。随后几年,预算减少了37%。

预算的削减导致NASA大量实验性研究工程被叫停,当中就有”海龙号”的建造工作。

各方面来讲,”海龙号”的巨大体型导致了它的夭折,随着土星五号火箭研发的继续,NASA正从拥有更大、推力更强的火箭中获益。

虽然”海龙号”可能为发射更大载荷提供新的思路,但NASA却无法权衡制造”海龙号”时研发未验证技术所需的成本。

从技术角度来看,这种尺度的火箭还会有燃烧不稳定的担忧。

“海龙号”起飞推力超过35800吨,大概是土星五号的十倍——而土星五号就遇到过燃烧不稳定的问题。

无论如何,这款曾经几乎呼之欲出的,概念极其疯狂的火箭,还是退出了历史舞台。

1973年土星五号退役后,SpaceX的Starship算是目前最接近”海龙号”概念的火箭了。Starship设计高度118米、推力16万磅7200吨,

虽然我们没看到充满野心的”海龙号”,但我们还是可以期待一下世界航天的令人兴奋的未来

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我们下期见!

责任编辑: 鲁达

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