美国液氧甲烷发动机研发计划取得关键里程碑式

协作工作的重点是研发并试验一个压力输送型液氧-甲烷发动机。发动机拥有一个带有独立燃气供应的燃料箱,把燃料压入燃烧室。利用这个结构,工程师们开发了发动机启动、关闭序列,并在各种燃料混合比率和燃烧室压力下评估液氧-甲烷发动机性能。

除效率高以外,液氧/甲烷发动机还具有其他优势。自燃的火箭燃料,如四氧化二氮和甲基肼都有较高的毒性,对地面工作人员及宇航员会造成一定威胁。而液氧/甲烷发动机则较为环保。

逼真飞行试验的发动机将通过一系列冷流和点火试验以验证其性能,并为研发和飞行设计提供所需的工程数据。

液氧与液体甲烷混合物的效率是常规自燃燃料的1.2倍。XCOR宇航公司负责人称,理论计算显示甲烷/液氧发动机的性能明显优于自燃燃料发动机。这种较高效率的发动机可能将用于月球及火星间往返的未来任务,甲烷及氧气能够在火星大气中萃取为飞行任务提供燃料。

【据美国《太空参考》网站2006年4月17日报道】NASA、工业界和美国空军组成的团队成功完成了一台液氧-液态甲烷发动机长达103秒的点火试验,从而在下一代太空飞行技术研发上达到了关键里程碑。

最终,XCOR宇航公司希望掌握发动机燃烧室持续燃烧的适宜长度,并找到发动机内部的最佳压力及流量、以及液氧与甲烷的适当比率。所有的这些数据将有利于发动机燃烧室实现充分燃烧。

到目前,试验演示了多种燃料混合比率下的稳定燃烧,发动机在60%-100%推力间的节流能力,以及与未来探索任务需求一致的性能。

但到目前为止,还没有任何航天器采用液氧/甲烷发动机。因此NASA正在投资一项研究,以确定该发动机制造及应用于太空的可行性,并且授予位于明尼苏达州的ATK公司一项价值1040万美元的液氧/甲烷发动机研发合同。随后ATK公司授予XCOR宇航公司330万美元进行该项技术的研发。

此次液氧-甲烷试验被认为是在美国进行的此类发动机点火试验持续时间最长的。该试验实践了使用该技术支持太空探索愿景的允诺。试验成功是NASA马歇尔航天飞行中心、美国空军研究试验室、KT工程公司三年来共同协作的成果。

XCOR宇航公司近日进行了以液体甲烷和液氧为燃料的火箭发动机早期型号的试验点火。这种发动机可能有一天会用于地球与月球、地球与火星间航天器的往返。

计划使用目前的发动机结构再进行三次点火试验。工程师们将进行更逼真的飞行试验,结合一些新设计、材料和制造技术。这些技术在未来可改进性能,降低制造成本。

下一步将建造发动机并在添加冷却系统后进行较长时间的试验点火。XCOR宇航公司和ATK公司希望他们的发动机能够为已经在太空运行的航天器提供推进力,用于NASA未来月球登陆器的往返,或者为航天飞机的替代者提供从月球轨道返回的动力。

该型发动机是强有力的火箭推进系统,成本虽低但能够提供高运行响应性,以满足实现太空探索目标的需求。NASA工程师们已从这些试验中了解到液氧-甲烷推进系统的不同结构。液氧-甲烷发动机的优点源自于其支持大型载荷任务的强大性能。与传统储备的自燃液体燃料发动机相比,液氧-甲烷发动机还具备支持大型航天器降落并着陆在行星表面的能力。

2006年12月11日-21日期间,XCOR宇航公司进行了6次5M15发动机的点火试验。发动机产生了33,400 牛的推力。这些点火试验仅持续0.7-1.2秒,而NASA在2006年4月进行的点火试验的持续时间长达103秒。但是XCOR的发动机没有进行冷却,所以XCOR宇航公司的工程师们既希望点火试验足够长以了解其内部发生的情况,同时又不希望时间过长使系统过热。

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