7月10日,我國長征十號乙火箭首飛發(fā)射成功并回收成功,我國由此成為世界上繼美國之后第二個掌握火箭回收技術的國家,而且也是全球首個使用網系回收技術回收火箭的國家。
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但是很多朋友在觀看央視等媒體的直播視頻畫面時,也發(fā)現火箭一子級下降懸停和被海上網捕平臺捕獲時,箭體頂端持續(xù)冒出濃烈黑煙,不少網友心生疑慮,猜測該火箭是不是有燃料泄漏、箭體起火等故障,還有人拿美國獵鷹9號火箭回收畫面對比,因為后者回速降落時并不會冒出黑煙,于是疑惑長征十號乙火箭冒黑煙是否某些方面出了些問題。
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黑煙的多重生成來源,全部屬于回收階段標準操作
長十乙一子級用的是YF-100K液氧煤油發(fā)動機,這和二級液氧甲烷動力形成鮮明區(qū)分,因為煤油燃燒時本身很容易出現黑煙,而如果箭體上下有縫隙的話,那么艦體在下落的過程中,下面噴出的火焰產生的黑煙就有可能通過縫隙從上面冒出來。
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除此之外還有一種可能,就是箭體頂部布置的姿態(tài)控制小發(fā)動機持續(xù)工作,釋放推進劑燃氣,疊加再入高溫烘烤箭體保溫高分子材料,材料輕微熱裂解產生少量黑煙,多種煙氣全部從箭體頂端排氣結構集中排出,視覺上就形成頂部持續(xù)冒煙的直觀效果。
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長征十號乙的姿態(tài)調整流程全部寫入預設控制程序,而回收后的通報也顯示一切正常,姿態(tài)控制系統正常運轉,說明不存在失控、破損類故障,回收完成后的全面探傷檢測也證實箭體結構、發(fā)動機完好無損,不影響后續(xù)重復復用。
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同是煤油火箭,獵鷹9號少見頂部濃煙,核心差異在回收構型設計
獵鷹9號也采用液氧煤油推進劑,燃燒也會產生炭黑,視覺觀感差距完全來自回收方案與箭體結構設計的不同。
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獵鷹9號依靠底部四根重型著陸腿垂直降落,整套支撐結構包裹箭體底端,底部發(fā)動機燃燒產生的煙塵會被遮擋,氣流順著箭體側面向下飄散,不會向上匯集至頂部;同時獵鷹9號貯箱排氣開口分布在箭體側面,而非頂端,泄壓產生的煤油煙氣會側向散開,很難形成集中向上的黑色煙柱,只是回收完成后箭體外殼會附著大片黑色煙灰,只是降落瞬間鏡頭不容易捕捉。
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反觀長十乙走全球首創(chuàng)無著陸腿網系回收路線,為了減重釋放運載能力,徹底取消厚重著陸支架,依靠箭體頂部掛鉤對接海上柔性阻攔網,箭體頂端級間段預留大量排氣、掛鉤鏤空結構,底部發(fā)動機減速產生的高溫燃氣會順著箭體夾層向上回流,從頂部縫隙一并溢出,把泄壓產生的黑煙一并向上裹挾放大。
兩種回收思路沒有優(yōu)劣之分,只是工程取舍不同,獵鷹9號犧牲運力換取更簡潔的排煙視覺效果,長十乙則放棄著陸腿換取更高運載能力、更大海上回收容錯窗口,頂部濃煙只是這套輕量化設計附帶的視覺特征,并非技術缺陷。
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燃料路線的長遠取舍,全甲烷長十丙將徹底解決黑煙問題
長十乙作為過渡型復用火箭,采用一級煤油、二級甲烷的混合動力方案,優(yōu)先快速驗證回收整套技術,不可避免會存在煤油燃燒積碳、回收排煙明顯的問題,而正在研制的長征十號丙全液氧甲烷火箭,將從根源消除這類黑煙現象。
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甲烷分子結構簡單,燃燒產物只有二氧化碳和水蒸氣,幾乎不會生成炭黑微粒,不存在富燃不完全燃燒產生濃煙的情況,即便同樣采用網系回收構型,回收全過程也只會出現淡淡的白色水汽,不會出現濃黑煙帶。
對比國外藍色起源新格倫甲烷火箭回收后箭體光潔如新的畫面,就能直觀看出兩種燃料路線的視覺差距,這也是航天團隊規(guī)劃長十系列分步研發(fā)的核心考量,先用煤油一級的長十乙快速落地回收技術、完成海上網捕驗證,再推出全甲烷長十丙解決煤油燃料積碳、排煙等短板,兼顧短期工程落地效率與長期商業(yè)航天潔凈復用需求。
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大眾認知誤區(qū)的澄清,航天外觀視覺不等于設備故障
此次長十乙回收黑煙引發(fā)熱議,也暴露出大眾對液體火箭回收工況的認知偏差,很多觀眾習慣以地面汽車、機械設備的故障標準評判航天飛行器,誤以為冒煙等于零部件損壞,但航天工程里大量看似反常的視覺現象,都是提前計算、設計好的標準工況。
無論是底部火焰或姿控發(fā)動機產生的黑煙,還是再入階段箭體表層輕微燒蝕,都是火箭適配大氣層往返、反復復用的正常副產品,評判火箭是否故障,核心依據是遙測數據、落地后探傷檢測結果,而非肉眼看到的煙氣外觀。
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長十乙已經順利完成全球首次海上網系回收,一子級完整無損運回港口檢修,整套動力、結構系統全部達標,頂部黑煙只是液氧煤油回收火箭的標志性工程痕跡,不代表設計存在缺陷,更不影響我國可回收火箭技術路線的成熟度,反而直觀體現出航天團隊為提升運力做出的輕量化結構取舍。
消息來源:央視新聞7月11日視頻報道《長征十號乙運載火箭首次發(fā)射回收紀實》
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