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[原创] 太阳能火箭发动机

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风之域 发表于 2020-2-16 09:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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昨天看了亚马逊的鞭子火箭 感觉这完全是搞笑,居然申请了专利,我突然想到可以使用聚光太阳能直接加热工质气体,高温(3000多度)气体喷出,产生推力,这个系统比冲必然很高。比类似的热核裂变安全简单 成本低廉,工程可行性很高。
天外新村 发表于 2020-2-16 09:29 | 显示全部楼层
很早就有人想过的呀!
solarMoth.jpg
solarMoth17.jpg
ob_diag.png
hyperion 发表于 2020-2-16 09:29 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
科学家上个世纪就想到了。
但是STP的推重比太低,很不适合从近地点加速。
20MW的STP也就能在800S比冲下提供区区4kN推力,够干什么的?
 楼主| 风之域 发表于 2020-2-16 09:36 | 显示全部楼层
这种火箭热功率可以轻松达到百千瓦级乃至兆瓦级,效率理论上比热核火箭高,甚至比电推高。据此估算,其推力可达百牛,可用于地月轨道转移 火星轨道转移。如此一来,以后只需要常规火箭将航天器发射到LEO轨道,就可以使用太阳能火箭移动到所需轨道,不需要耗费巨资发射巨型火箭。
hyperion 发表于 2020-2-16 09:49 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
风之域 发表于 2020-2-16 09:36
这种火箭热功率可以轻松达到百千瓦级乃至兆瓦级,效率理论上比热核火箭高,甚至比电推高。据此估算,其推力 ...

不过STP很不适合载人轨道转移,因为推重比太低,要飞几圈、十几圈反复在近地点加速才行。
 楼主| 风之域 发表于 2020-2-16 10:03 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2020-2-16 09:29
科学家上个世纪就想到了。
但是STP的推重比太低,很不适合从近地点加速。
20MW的STP也就能在800S比冲下提 ...

电推也就10牛不到,不是也准备用于载人火星轨道转移。优点比化学火箭比冲高一至2倍,效率比普通火箭优势很突出。
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 楼主| 风之域 发表于 2020-2-16 10:08 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2020-2-16 09:49
不过STP很不适合载人轨道转移,因为推重比太低,要飞几圈、十几圈反复在近地点加速才行。

假如如上文提到的4000N推力,可以多台并联,貌似可以接受啊
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 楼主| 风之域 发表于 2020-2-16 10:12 | 显示全部楼层
关键工程可行性很高,只需突入很少的资金就可以研制制造出来。如果使用氢或惰性气体做工质,因为温度比热核火箭高,理论比冲要比它高,比他安全。
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hyperion 发表于 2020-2-16 10:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
风之域 发表于 2020-2-16 10:03
电推也就10牛不到,不是也准备用于载人火星轨道转移。优点比化学火箭比冲高一至2倍,效率比普通火箭优势 ...

但是请注意,电推转移方案都是转圈圈螺旋升轨的,严重牺牲了速度增量效率。
以从LEO到LLO为例,化学推只需要3950m/s速度增量,但是电推得用8550m/s。
STP如果和电推一样螺旋升轨,那么它区区800-900S的比冲就会导致载荷系数比低温氢氧转移还差。
hyperion 发表于 2020-2-16 10:30 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
风之域 发表于 2020-2-16 10:08
假如如上文提到的4000N推力,可以多台并联,貌似可以接受啊

问题是STP不容易多机并联呀,它需要非常巨大的反射镜聚光。
假设超级STP拖船有四面152.4m直径的巨型反射镜,那么集光功率也就60MW,比冲900S的话,推力10kN。但是你觉得如此巨大的STP拖船得多重?
 楼主| 风之域 发表于 2020-2-16 10:38 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2020-2-16 10:27
但是请注意,电推转移方案都是转圈圈螺旋升轨的,严重牺牲了速度增量效率。
以从LEO到LLO为例,化学推只 ...

太阳能火箭推力比电推火箭推力高了几百倍,重力损耗不至于如此高吧
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hyperion 发表于 2020-2-16 10:38 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
风之域 发表于 2020-2-16 10:12
关键工程可行性很高,只需突入很少的资金就可以研制制造出来。如果使用氢或惰性气体做工质,因为温度比热核 ...

巨型聚光镜很不容易,估计只能找NRO要GEO电子侦查卫星的超级天线做参考。
其次STP的加热温度没你想的那么高,你要考虑一个大问题,STP加热要透过一个透明窗,这对加热温度有很大限制。
hyperion 发表于 2020-2-16 10:40 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
风之域 发表于 2020-2-16 10:38
太阳能火箭推力比电推火箭推力高了几百倍,重力损耗不至于如此高吧

比较推力有何意义?请算推重比
STP那点推力在近地点完成不了加速,要么飞十几圈,每圈只在近地点加速一下。要么就只能学电推进行螺旋升轨。
hyperion 发表于 2020-2-16 10:42 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
风之域 发表于 2020-2-16 10:38
太阳能火箭推力比电推火箭推力高了几百倍,重力损耗不至于如此高吧

还有在近地点加速时因为轨道较低,还需要考虑太阳光被地球遮挡问题,平均一半的近地点将处于地球阴影中无法加速。
cooldiy_cn 发表于 2020-2-17 14:40 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2020-2-16 10:42
还有在近地点加速时因为轨道较低,还需要考虑太阳光被地球遮挡问题,平均一半的近地点将处于地球阴影中无 ...

话说 STP能不能利用引力弹弓减速先到太阳近日点。此时太阳功率贼高。再综合利用太阳引力来加速。
topzdx 发表于 2020-2-17 14:53 | 显示全部楼层
cooldiy_cn 发表于 2020-2-17 14:40
话说 STP能不能利用引力弹弓减速先到太阳近日点。此时太阳功率贼高。再综合利用太阳引力来加速。

引力弹弓至少也要脱离地球到达金星......
hyperion 发表于 2020-2-17 15:02 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2020-2-17 14:53
引力弹弓至少也要脱离地球到达金星......

不过追上旅行者这样的任务其实挺适合用太阳能热推进的。先用传统火箭直接或通过引力弹弓前往木星,被木星甩回来进入近日点2-4倍太阳半径的转移轨道,抵达近日点后启动STP动力加速7000-14000m/s,这样就能获得旅行者4-6倍的距太阳无限远速度(60-90lm/s)
但是这里得给STP用空间可储工质。
topzdx 发表于 2020-2-17 15:03 | 显示全部楼层

不考虑地球的影子,在地球轨道飞行中,整个系统要一直对准太阳才能获行理论上的最大功率。
如何保证这一点的同时不断调整喷管的朝向?还要确保推力线通过(可能有所变化的)质心

topzdx 发表于 2020-2-17 15:10 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2020-2-17 15:02
不过追上旅行者这样的任务其实挺适合用太阳能热推进的。先用传统火箭直接或通过引力弹弓前往木星,被木星 ...

速度快了只能用于 掠飞任务,过快的话 科学数据就剧减......
飞的慢还可以等目标转过来一点后再拍点照。
能不能在中途(未端)释放一些小探测器,使其速度略有不同,先后在正确的时间到达正确的位置。信号不强可以先传给主探测器,由主探测器统一传回地球。
hyperion 发表于 2020-2-17 16:48 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2020-2-17 15:03
不考虑地球的影子,在地球轨道飞行中,整个系统要一直对准太阳才能获行理论上的最大功率。
如何保证这一 ...


你怎么想的?
自然是喷管方向几乎固定穿过飞行器质心(有一点双摆空间进行TVC),聚光镜和太阳电池阵列一样向日转动呀
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