什么是低溫發動機(Cryogenic Engine)？
低溫發動機通常是一種火箭發動機，其設計目的是使探測器脫離地球引力，將探測器送入空間，或將衛星送入軌道。它們使用的液體燃料冷卻到很低的溫度，而在正常的大氣壓和溫度下，液體燃料將處于氣態，如氫氣和氧氣。這些燃料燃料被...
低溫發動機通常是一種火箭發動機，其設計目的是使探測器脫離地球引力，將探測器送入空間，或將衛星送入軌道。它們使用的液體燃料冷卻到很低的溫度，而在正常的大氣壓和溫度下，液體燃料將處于氣態，如氫氣和氧氣。這些燃料燃料被用于兩種主要設計中的一種來產生推進力。要么氫氣作為燃料汽化，然后由氧氣的氧化劑點燃以產生標準的熱火箭推力，要么它們混合在一起產生超熱蒸汽，從發動機噴嘴流出并產生推力。
土星五號火箭，它使用了低溫燃料，推動了阿波羅11號登月任務。截至2011年，有五個國家已經成功測試了低溫發動機推進系統。這些國家包括美國、俄羅斯、中國以及法國和日本。在德國拉姆鮑茲豪森的德國航空航天中心工作，印度最近還在2009年進行了一種由印度空間研究組織（ISRO）生產的低溫火箭設計的實地測試，這導致了試驗車的災難性故障。
液氫通常用作低溫發動機的燃料。火箭燃料的低溫工程至少從20世紀60年代土星V火箭的設計開始就已經存在，用于美國阿波羅登月任務。美國航天飛機的主發動機也使用低溫儲存的燃料，俄羅斯和中國用作核威懾的洲際彈道導彈（ICBMs）的早期型號也是如此液體燃料火箭比固體燃料火箭有更大的推力和速度，但是儲存在空燃料箱中，因為燃料很難維持，并且隨著時間的推移會使發動機閥門和配件退化。使用低溫燃料作為推進劑需要燃料的儲存設施，因此，在需要的時候，它可以被泵入火箭發動機的儲液罐。由于由低溫發動機驅動的導彈的發射時間可能會延遲幾個小時，而且燃料的儲存也有風險，美國在20世紀80年代改用全固體燃料的核洲際彈道導彈。低溫工程涉及制備和儲存大多數傳統液體燃料火箭所用燃料。液氫和液氧的儲存水平為-423°F（-253℃）和-297°F（-183℃），這些元素很容易獲得，為火箭推進提供了液體燃料最大的能量轉換率，因此，它們已成為每個致力于低溫發動機設計的國家的首選燃料。它們還為化學火箭推進產生了已知的最高比沖率，最長可達450秒。比沖是衡量每單位燃料消耗動量變化的量度。產生440比沖的火箭，如航天飛機在真空中的低溫發動機將達到每小時9900英里（15840公里每小時）的速度，這足以讓它在地球周圍的衰變軌道上保持很長一段時間。低溫發動機的一個新變化是美國國家航空航天局（NASA）開發的通用可擴展低溫發動機（CECE）。它使用典型的液氧和氫燃料，但整個發動機本身也是過冷的燃料混合后產生5000華氏度（2760攝氏度）的過熱蒸汽，作為火箭推力的一種形式，可以從略高于100%到10%的推力水平上下調節，以便在月球表面等著陸環境中進行機動。這臺發動機早在2006年就已經通過了成功的測試，并且可以在這兩種情況下使用未來的火星和月球載人任務。氧氣可以用作低溫發動機的燃料。
土星五號火箭，它使用了低溫燃料，推動了阿波羅11號登月任務。截至2011年，有五個國家已經成功測試了低溫發動機推進系統。這些國家包括美國、俄羅斯、中國以及法國和日本。在德國拉姆鮑茲豪森的德國航空航天中心工作，印度最近還在2009年進行了一種由印度空間研究組織（ISRO）生產的低溫火箭設計的實地測試，這導致了試驗車的災難性故障。液氫通常用作低溫發動機的燃料。火箭燃料的低溫工程至少從20世紀60年代土星V火箭的設計開始就已經存在，用于美國阿波羅登月任務。美國航天飛機的主發動機也使用低溫儲存的燃料，俄羅斯和中國用作核威懾的洲際彈道導彈（ICBMs）的早期型號也是如此液體燃料火箭比固體燃料火箭有更大的推力和速度，但是儲存在空燃料箱中，因為燃料很難維持，并且隨著時間的推移會使發動機閥門和配件退化。使用低溫燃料作為推進劑需要燃料的儲存設施，因此，在需要的時候，它可以被泵入火箭發動機的儲液罐。由于由低溫發動機驅動的導彈的發射時間可能會延遲幾個小時，而且燃料的儲存也有風險，美國在20世紀80年代改用全固體燃料的核洲際彈道導彈。低溫工程涉及制備和儲存大多數傳統液體燃料火箭所用燃料。液氫和液氧的儲存水平為-423°F（-253℃）和-297°F（-183℃），這些元素很容易獲得，為火箭推進提供了液體燃料最大的能量轉換率，因此，它們已成為每個致力于低溫發動機設計的國家的首選燃料。它們還為化學火箭推進產生了已知的最高比沖率，最長可達450秒。比沖是衡量每單位燃料消耗動量變化的量度。產生440比沖的火箭，如航天飛機在真空中的低溫發動機將達到每小時9900英里（15840公里每小時）的速度，這足以讓它在地球周圍的衰變軌道上保持很長一段時間。低溫發動機的一個新變化是美國國家航空航天局（NASA）開發的通用可擴展低溫發動機（CECE）。它使用典型的液氧和氫燃料，但整個發動機本身也是過冷的燃料混合后產生5000華氏度（2760攝氏度）的過熱蒸汽，作為火箭推力的一種形式，可以從略高于100%到10%的推力水平上下調節，以便在月球表面等著陸環境中進行機動。這臺發動機早在2006年就已經通過了成功的測試，并且可以在這兩種情況下使用未來的火星和月球載人任務。氧氣可以用作低溫發動機的燃料。
- 發表于 2020-09-07 19:34
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