 俄罗斯（前苏联）在航天领域取得了非凡的成就： 他们向太空发射了第一个男性和女性宇航员， 使用月球一号完成全球首次月球飞行， 特别是他们拥有在当时来说 全世界最好的液氧煤油发动机RD-180。 在经历过苏美两国冷战和太空竞赛后， 俄罗斯的RD-180发动机驱动美国的火箭， 产生这样的结合是无法想象的。 而俄罗斯在近20年来， 一直拿美国依赖俄发动机的短板威胁美国火箭工业， 这一切都随着SpaceX和伊隆·马斯克出现而结束， 马斯克是如何淘汰掉俄罗斯最好的火箭发动机的呢？ 在2014年，马斯克向当局发出警告： 美国的火箭工业太过依赖俄罗斯， 这个警告是非常正确的。 当时，俄罗斯副总理德米特里·罗戈津 抛出了影响美国航天工业的决定， 宣布俄罗斯停止向美国供应火箭发动机。 在冷战之后，特别是随着美苏（俄）关系的解冻， 购买俄罗斯制造的RD-180发动机 被认为是个非常好的买卖。 如果美国政府愿意， 美国将获得在美国本土生产RD-180国内版本的许可， 但这将是一个巨额的投资。 由于缺少政府和业界的投资， 美国从未掌握在本土制造RD-180的技术。 在美国航天业界寻找宇宙神5火箭的替代品时， 美国政府会为未在本土生产RD-180而感到后悔吗？ 退役空军少将米奇·米切尔 (MitchMitchell) 在2014 年 5 月撰写的一项未发表的五角大楼研究表明， 宇宙神5火箭的停飞将导致31个任务的推迟， 并造成美国近50亿美元的损失。 美国其他一些学者也认为 美国不能继续使用RD-180 将对美国的太空计划造成相当大的影响。 失去俄罗斯优秀的RD-180发动机 很多美国人都很担心， 除了太空探索技术公司的CEO伊隆·马斯克。 马斯克起诉美国空军， 挑战ULA在美国军事航天发射上的垄断， 重新划分美国军事航天发射市场。 在法院的诉状中，SpaceX这样写道 “很难想象 美国一方面依赖俄罗斯的RD-180发动机， 一方面又要制裁俄罗斯（罗戈津）。 美国巩固对俄罗斯火箭发动机的依赖， 使用美国纳税人的钱来帮助俄罗斯发展军工联合体， 这会有损美国国家安全利益， 特别是在美国政府在因乌克兰克里米亚事件 制裁俄罗斯个人及军工企业的一段时间内。“ 这无疑是对美国航天工业的有益警告。 最终，根据SpaceX提交的诉讼文件， 法院的判决中止了RD-180新采购合同的签署， 但已经签订的旧合同， RD-180发动机将继续完成交付。 这导致了美国开始研发下一代火箭发动机。 马斯克可不是仅仅嘴上说说， 他和SpaceX一直行动， SpaceX成功研发出了猛禽发动机， 一款在各方面都超越RD-180的发动机。 在当前美俄关系真正走入一条死胡同时， 毫不夸张的说， SpaceX是政府的救星。 让我们来看一下， 马斯克的猛禽发动机是如何超越俄罗斯最好的发动机的。  全流量补燃循环技术 猛禽发动机首次进入公众视野， 是在2009年美国航空航天学会AIAA 组织的货运飞船研讨会上。 目前，猛禽发动机的最新版本为猛禽2， 猛禽2主要应用在SpaceX的星舰飞船上。 猛禽发动机采用全流量补燃循环技术， 这意味着所有氧化剂驱动氧气涡轮泵， 甲烷驱动燃料涡轮泵。 马斯克表示猛禽的周产量已到达每周7台； 俄罗斯的RD-180就是另外一个故事了。  RD-180 RD-180比猛禽大而且重， 是在20世纪90年代初期开始制造的。 猛禽相比来说采用了更为现代化的技术制造。 和俄罗斯相比，SpaceX拥有更好的诊断技术 和更复杂的模拟技术。 猛禽和RD-180都基于暴风雪航天飞机计划的上一代设计， 二者因此在设计上采用了相似的理念。 它们都将预燃烧室的废气送入燃烧室， 确保燃料储箱中几乎所有的燃料和氧化剂 都用于产生推力。 猛禽发动机的燃料和氧化剂 由各自的涡轮机供压， 部分推进剂通过管道互相交换， 分别燃烧驱动涡轮机， 理论上可以实现最高的效率。 和RD-180相比，猛禽的最大技术优势 可能是使用了甲烷作为燃料， 而不是RD-180所使用的煤油。 使用煤油可能会积碳 而影响发动机的重复使用； 使用甲烷具有更高的比冲， 燃烧更加清洁， 最重要的是在火星上更容易合成甲烷， 殖民火星正式马斯克的终极目标。 最后讨论一下SpaceX猛禽和俄罗斯RD-180的纸面性能。 在2019年2月10日， SpaceX完成全尺寸猛禽原型机进行的测试中， 该发动机短暂达到了略低于269 bar的主燃烧室压力， 刚好超越了俄罗斯RD-270和RD-180的室压记录。 根据马斯克的最新公告， SpaceX继续地面测试升级后的猛禽2发动机， 目前猛禽2的主燃烧室压力可稳定在300bar左右。 猛禽2燃烧液态甲烷和液氧， 可产生230吨的推力。 而RD-180燃烧RP1煤油和液氧， 拥有两个燃烧室和两个喷嘴， 合计产生386吨的推力。 RD-180发动机可以看作是 带有两个燃烧室的一台发动机， 或共享一个涡轮泵的两台发动机。 所以两台猛禽2发动机的尺寸与 1台RD-180的尺寸相当， 猛禽2肯定会产生更大的推力。 另外比较一下海平面的推重比， RD-180推重比可达到80左右， 而猛禽推重比高达200， 是RD-180的2.5倍。 再来看一下成本。 单台猛禽2发动机目前花费100万美元， 马斯克甚至承诺 当3D打印技术应用于部件制造， 猛禽2开始批量生产， 单台猛禽2的成本可以降至25万美元。 目前，RD-180的单价是900~1000万美元。 影响发动机成本的另一个重要因素是是否重复使用。 RD-180不可复用， 或者说到目前为止没复用过； 而猛禽将至少复用50次飞行。 总结一下， SpaceX的猛禽发动机确实是 一款出色的发动机。 它将帮助美国的“扫帚”执行重要航天任务， 使美国摆脱对俄罗斯发动机的依赖。 罗戈津仍然坚持说， 俄罗斯发动机仍然是世界上最好的发动机， 这句话要打个问号了。 参考资料： 1、 2、 3、SpaceX just KNOCKED OUT Russia's best rocket engines； |
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