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爆炸的维珍银河“太空船二号”火箭首次使用新燃料 精选

已有 10446 次阅读 2014-11-2 09:20 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 火箭燃料, 太空船二号

维珍银河“太空船二号”周五试飞发生爆炸,残核坠落美国加州沙漠

这应该是人类纯粹商业载人航天事业中的第一次大灾难(以前的航天都是国家行为,不是纯粹商业行为)。

这个太空船二号由Scaled Composites公司设计研制,可载两名机师和6名乘客。它去年2013起54次试飞,当中除了3次,全都是不涉动力的滑翔至地面测试。其飞行过程借用下图表示,1-6步:


这次试飞发生爆炸在第一步结束以后,第二步刚开始就发生,此时飞船高度是一万五千米:按计划,早上9时18分它由双体母机白骑士2号(White Knight Two)带到1.5万米高空,然后脱离母机,转由火箭引擎飞至太空边陲的10万米高空。然而,太空船2号在分体后约60至90秒后突然爆炸,然后坠落加州沙漠。分体后的运载太空船二号的喷气式飞机“白色骑士二号”安全降落。

爆炸前几分钟内图片如下:

太空船二号在高空脱离运载它的喷气飞机后发生爆炸

左边一张清楚看到分体很成功,火箭成功点燃;中图看到飞船在火箭推动下开始加速爬升;右图是爆炸瞬间。很明显,这次爆炸是助推的火箭爆炸,而不是飞船的船体爆炸。

消息指这次试飞首次采用崭新塑胶火箭燃料,作最后阶段测试,即飞至地球大气层外围。所以,我推测, 这次事故的起因就是火箭使用新的燃料,火箭发动机出现故障引起。

举个例子,如果一部汽车是柴油车,而你加油的时候无意/故意加了汽油,那就一定会出现大麻烦。请各位不要冒险试。

太空船2号之前使用以橡胶为基础的「端羟基聚丁二烯」(HTPB)燃料,但是,这种燃料在发动数秒后就会导致引擎不稳定。退役机师宾尼(Brian Binnie)指,HTPB会引致飞行器的「强烈震动」,这是火箭发动机的爆震。以前汽油发动机也有很强的爆震,后来通过添加剂解决了。

火箭爆震给乘客带来很大的不舒服。因此,Scaled Composites公司今年5月宣布改用以塑胶「热塑聚酰胺」( thermoplastic  polyamide )为主的固体燃料。热塑聚酰胺达至某个温度后会变软,表现较佳,可让太空船二号飞得更高。公司于上月初完成新燃料的质素测试就随即安排这个月试飞。Scaled Composites行政总裁米基(Kevin Mickey)强调,这款新混合燃料「在地面接受过多次测试和验证」。

这句话很直白,新燃料在地面经过测试合格,并不代表在太空就可以。所以这次试飞是第一次使用新的火箭燃料,至于发动机是否相应修改,还不知道,等待进一步的资料。

美国联邦航空管理局和国家运输安全局已着手调查今次事件,最新报道,已经到达残核坠落地点。

持续关注中。


1。「端羟基聚丁二烯」火箭燃料

端羟基聚丁二烯(Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB))是一种丁二烯聚合物(一种人工橡胶,天然橡胶是戊二烯聚合物),这个高分子两端各有一个羟基官能团,用于和二异氰酸酯反应生成一种易于储存的人造物质聚氨酯。HTPB是一种半透明液体,颜色与蜡纸近似,有极强的粘性。其性质跟分子链长短很有关系,制造HTPB级别不同以满足不同需求。

在火箭学中,它作为一种高能燃料被称作RBS。但不易点燃,温度需超过500度才能燃烧。在烟火产业,它也作为礼花弹的炮管。HTPB的固化剂通常是甲苯二异氰酸酯或其他异氰酸酯类化合物。

HTPB通常用于固体火箭发动机中,将燃料和氧化剂混合凝结成固态物质。由N2O(一氧化二氮,即“笑气”)作氧化剂,HTPB曾用于SpaceDev公司研发的太空船一号的固液混合发动机。它也是日本M5火箭3/4级动力来源。JAXA将这种燃料描述为"HTPB/AP/Al=12/68/20",意思重量比例,HTPB占12%(粘合剂,燃料),高氯酸铵占68%(氧化剂),铝粉占20%(燃料)。


2。热塑聚酰胺,火箭燃料

聚酰胺(polyamide,PA)俗称尼龙(女士应该都用过,没有用过请抬起腿/举起脚),是一种热塑性塑料,常用于纺织和工业塑料。使用基于聚酰胺的燃料,火箭发动机应该不需要重新设计。




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