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上海 赵金才
现在我们几乎每个月都能看到有关航天发射的新闻,那么有多少人了解火箭的分类呢?借助2021年10月20号的新闻报道,我国航天科技集团四院成功完成了3.35米500吨国体火箭发动机研制热试车,一举成为了一体化成型的固体火箭发动机研制国际先进水平的国家,下面介绍一下化学火箭推进剂与火箭发动机的分类。
众所周知,中国古代的四大发明中,有一项重要的发明是火药,其实就是今天大量使用的固体火箭推进剂的老祖宗,说明了火药的发明确实是有据可查的。明朝的万户就是已经尝试过用火箭飞行的试验壮举。因此,国际上命名了月球背面的一座环形山为万户山,来说明中国是火箭发明的故乡。
现代的化学推进剂可分为两大类。一类是固体火箭推进剂,也就是百姓通俗的叫法火药、炸药,再进一步细分,又可分为双基推进剂和复合推进剂两种,另一类就是液体火箭推进剂。
一、国体火箭推进剂
一种是双基推进剂,也就是制作烟花、鞭炮和子弹、炮弹、地雷、手榴弹的爆破炸药,它的历史已经很久远了,也即我们耳熟能详的一硝二磺三木炭,普通百姓都能够制作出来的危险品。现代火箭使用的固体推进剂是根据不同功能的火箭的运用需求,通过调剂不同的配方比例来控制推进剂的燃烧速度和能力的大小,它的特点是燃烧速度快,易燃易爆,制作简单,成本低,大量使用的火箭弹和多管火箭的推进剂绝大多数都是双基推进剂。如,我们在影视作品中看到的在朝鲜战争中,首次大规模运用于战争产生巨大威力的是闻名遐迩卡秋莎火箭;
另一种就是大型国体火箭发动机所使用的复合推进剂,它是由高分子的有机化工材料与氧化剂粉末,燃烧剂粉末和助燃的金属粉末,固化剂粘结剂等多种非金属和金属材料混合搅拌成胶体再注入到一定形状的壳体内固化而成的,所以称为固体复合推进剂。已经公开报道的,让美军有所忌惮的我国的东风快递航母杀手锏导弹,东风—21D和东风—26战略导弹所使用的就是以有机材料端羧基聚丁二烯或端羟基聚丁二烯为基底配方的固体推进剂。
二、液体火箭推进剂
液体推进剂说起来即简单又复杂。
说简单,也就是早年我们百姓家中使用过的点煤油灯的煤油就是液体推进剂的一种燃烧剂。由于火箭要到大气层外的太空飞行,不能利用空气中的氧气,必须配备相当数量的氧化剂。常用的氧化剂有低温的液态氧,常用的燃烧剂还有酒精、煤油和液氢,也都是其中的一种。简单在于我们普通的中学生在中学化学课本和课堂上,学习过的最基本的氧化还原反应和化学实验,就是液体推进剂的基本工作原理。把泡在煤油里保护储存的金属钠放入有水的烧杯里就会发生燃烧的反应——氧化还原化学反应,也称为自燃,氧化还原反应生大成量的热量产生高温高压气体,也就是放热反应。
说复杂,就是火箭要把卫星或组建空间站的飞船等有效载荷送人太空,靠化学实验室的那种小小原理实验是远远不够的。必须通过研制巨大的火箭发动机,通过复杂而巨大的系统工程把成百上千吨的液体推进剂泵压到火箭反动机的燃烧室完成剧烈的化学燃烧反应,产生高温高压气体喷出火箭产生推力推动火箭飞向太空。液体推进剂火箭的特点是能力更高,比冲更大,推力大小和开关机可控制。
由此产生了固体火箭和液体火箭,各有各的特点和功能性能优势,都是由固体推进剂与液体推进剂的物理和化学特性所决定的。