“吃自己”的火箭在路上

作者: 王兆昱

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-01-11 19:20:38

科学家首次制造出“自噬引擎”原型,这种火箭能够将自身部件作为燃料,提高发射效率并有助于缓解太空垃圾问题。

为了进入轨道,火箭必须减轻自身重量、推进剂重量以及带入太空的任何有效载荷。如果火箭能够将自身的部件作为燃料,就可以腾出运力运输更重要的科学物资。一个工程师小组首次制造出了这种“自噬引擎”原型。1938年,“燃烧自身的火箭”这一概念首次获得专利,但由于在历来执行大多数发射任务的巨大火箭上难以实现,因此从未有过可用的原型。

然而近年来,随着小型卫星越来越受欢迎,人们对体积更小、效率更高的火箭的需求也越来越大,这种火箭在进入太空时不受自身巨大重量的限制。在这项研究中,英国格拉斯哥大学的Krzysztof Bzdyk和同事制造出一个能“吃掉”自己燃料箱的小型火箭发动机原型,证明了这一概念的可行性。Bzdyk说:“因为燃烧了机身,所以我们解决了火箭小型化的问题。

当你想把一个小型有效载荷送入太空时,你可以马上进行,而不必等待大型火箭的搭乘任务。”研究人员在1月10日于佛罗里达州举行的美国航空航天学会科学与技术论坛上介绍了他们的工作。该火箭发动机名为“衔尾蛇-3”,源于西方古老的符号——衔尾蛇。与衔尾蛇的象征意义一样,该火箭发动机的设计是在耗尽燃料后“吃掉”自己的后端。

Bzdyk说:“当推进剂燃烧殆尽时,就会剩下这些空的燃料箱,我们要做的就是消耗掉这些自重,不必在火箭上升过程中随身携带,从而可以将更多有效载荷送入太空。”在原型机中,当发动机主要燃料氧气和丙烷燃烧时,储存燃料的塑料管也被送入发动机。这个管道占了燃烧所用推进剂总量的1/5,能够提供大约100牛顿的推力。

目前,研究人员正在研制一个更大规模的原型,它可以提供约1000牛顿的推力,大约是发动机进入亚轨道空间所需推力的1/6、进入轨道所需推力的1/20。美国罗格斯大学的Haym Benaroya说:“随着测试的升级,他们应该能够扩大火箭的规模,但这不是一件容易的事,面临的挑战包括确保塑料机身以一致的速度燃烧并被送入发动机,以及测试火箭碎片的燃烧如何改变其形状,进而改变飞行路径。

”“自噬引擎”不仅能提高发射效率,还能帮助缓解太空垃圾问题——那些航天器残留的碎片在轨道上四处乱飞,可能危及其他卫星。英国南安普顿大学的Hugh Lewis说,如果将这些没用的燃料箱烧毁,意味着向解决太空垃圾问题迈出了一小步。

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