月球没有氧气,当初返航的阿波罗登月舱是如何点火的?

2015-10-24 10:40 作者:admin 来源:
月球没有氧气,当初返航的阿波罗登月舱是如何点火的?

无论是二冲程还是四冲程发动机,单缸还是八缸,我们现今使用的引擎大多是由燃料和空气为主的内燃机驱动;然而,混合汽油和氧并不是唯一生成所需能量来驱动飞船的方法,事实上这种方法有时是最无奈的选择。

在典型的以汽油为燃料的汽车引擎中,生成动力的汽缸都由可上下活动引进新鲜空气和汽油的轴承和活塞组成。当进气阀关闭时,活塞向上移,压缩混合物、增加其温度。火花塞打火,汽油点燃,随后释放热量和能量驱动活塞归位。

相反的另一端活塞(进气阀和火花塞)是一个连接到曲轴的连杆。因此,当活塞被迫下降,它推动连杆,随即曲轴旋转。这个过程在各种机械上,从链锯到福特F-150,被用了无数次。

但是这种方法依赖于大气中的氧气和汽油中的碳相结合,在太空中没人能听到你的尖叫因为没有空气,自然没有氧气。那么火箭这种情况下怎么办?

火箭并不依赖于曲轴,而是靠气体、液体、固体的喷射或辐射通过小开口(喷嘴)产生助推力。和卡车不同,火箭必须自己携带推进剂,而卡车不需要携带氧化剂而可以直接从周边的环境中得到。

要想完成一次有意义的飞航,携带足够的气态氧是不切实际的(不是不可能)。为解决这一问题,研究出了液态和固态的推进剂。

固体推进剂主要有两种类型——同质的和复合的。两者都是燃料和氧化剂混合在一起,被点燃时,两者就能产生动力。同质固体推进剂是独一无二的,其氧化剂和燃料在一起作为一个单独存在的不稳定化合物,不外乎硝基与硝化甘油放一起。

另一方面,复合固体推进剂的燃料和氧化剂是不同的材料组合成一个混合粉状或结晶,通常包含硝酸铵或氯酸盐,或氯酸钾(氧化剂)和一些类型的固体碳氢化合物燃料(类似于沥青或塑料)。

固体推进剂长期以来一直用于运载火箭上,包括航天飞机上每个能产生330万磅推力的发射助推器上。

液体推进剂主要有三种类型:石油型、低温型和自燃型。这三种推进方法都是分别存储它们的氧化剂和燃料直到需要产生推力。当火箭燃料和液体推进剂被点燃,是分别加入燃烧室,结合后最终爆炸,产生必要的推力。

石油液体推进剂,顾名思义,将石油产品(如煤油)和液态氧混合,高浓度的液态氧是有效和强大的推进剂。 因此,这种方法被广泛用于许多火箭,包括第一阶段的土星一号、土星IB和土星五号,以及联盟号飞船。

另一种液体推进剂依靠低温液化气体(超级低温),一个常见方法是混合液化氢(燃料)和液化氧气(氧化剂)。非常高效但难以长期储存,因为需要保证两者的超低温(氢液体需保持在华氏-423度、氧气在-297 华氏度)。低温推进剂只在有限的应用地使用过,尽管这些要包括航天飞机的主发动机、德尔塔四号的一些特定阶段和一些土星火箭。

石油和低温推进剂都需要某种形式的点火,爆破、化学或者电子点火等方法,然而,第三种类型的自燃液体推进剂不需要点火。

即使在室温下,自燃液体推进剂也易于存储,因其自发燃烧性所以应用广泛,比如在操纵系统。因此,即使涉及的材料是高度有毒和腐蚀性的,双曲燃料还是被频繁使用,包括在航天飞机轨道机动系统和阿波罗登月舱。

负责阿波罗登月舱的承包商是格鲁曼公司,其领导下的四个分包商和负责上升推进系统发展的贝尔飞行体系公司,项目工作开始于1963年1月,但工程师直到1968年9月下旬仍在修补提升引擎。那时贝尔的初始燃料喷射器转交给洛克达因公司分包设计,结果后者还建造了引擎。

阿波罗登月舱由航空燃料和四氧化二氮氧化剂为动力的恒定推力引擎驱动。由于自燃材料腐蚀性太强,每次点火都会把引擎烧穿(需要重新复原),结果是在阿波罗宇航员离开月球之前没有测试过引擎(因为一点火就坏)。