“为什么是液氧甲烷?”
何小峰抿🎟了一口咖啡,感受舌尖上的香浓滑腻,啧,nice!
“液氧甲烷的比冲虽然低于优秀的氢氧组合,但是依旧比液氧煤油高出一些,使得这💙💎🐮个燃料氧化剂组合有了实用价值。”
原因一、甲烷燃料罐设计制造难度较低,相对于🝄🈨氢氧组合,甲烷的沸点远高于液氢,和液氧接近。🅬
氢气密度极低,氢氧火箭的氢气罐远比氧气罐要大,航天飞机每次发射都要抱着一个巨大的橙🌃色燃料罐,那个里面就是液氢燃🐌⚇🏖料。
原因二、涡轮泵设计制造难度较低,甲烷火箭从燃料罐到管路,再到涡轮泵,大幅降低了设计制造难度。
而氢的密度太低,氢泵🅫转数要求高,设计极难,需要🎋多级泵才☇能达到想要的燃烧室压力。
原🈲🂍因三、火星有储量丰富的甲烷,只需收集就可以🜟用作飞🐀船燃料。
莫🈲🂍斯教授听完笑着说道:“看来你的火星计划,有了百😻🆥万分之一的可能性。”
何小峰从手提包里掏出纸和笔计本:“教授,🜠在不涉密的情况下,您能介绍一下海盗1号是如何在火星着陆的吗?”
“这个没问题,实际上我在很多地方都做过演讲,首先你🐀要明白一个概念叫做‘火星发射窗口’。”
由于地球和火星公转周期不同,火星🔂的公🔮🄀转周期是68😻🆥7天,在687天里,它会绕太阳旋转一周(360度),这意味着它每天会移动0.524度。
火星的轨道是偏心率为0.09的椭圆,地球轨道则接近正圆,这意味着地球和火星之间的距离☔⚲🕔在时刻复杂变化。
当太阳、🎟地球、火星连成一条直线时,它们之间距离最短,约56☍00万公里。🐃这样的理想位置,每隔779天才会出现一次,大约是26个月。
因此得出结论,当地球🅫和火星的日心经度夹角为44度时,是理想的发射时间🐉♬。
目前化学燃料为核心动力的火箭,性能极其有限。在地球、火星会合的时间点附近窗口,发射探测器,成功率就会高很多,这个时间点就被称作‘火星发射窗口’。
莫斯教授转身🕐🈳从身后的书柜里拿出一本相🔮🄀册,摊🝄🈨开一页,放到何小峰面前。
“这个就是海盗1号,人类第一个成功登陆火星的探测器。探测器由两个部分组成,轨🈺🃙道卫星和着陆器。”莫斯教授指着两张照片介绍道。
“海盗1号于1😭975年8月20日发射,1976年6月19日进入火星轨🐉♬道,7月20日着陆器在火星地表登陆。”
天体物理学家瓦尔特·霍曼,在1925年,提出了一种变换飞船轨道的方🁘🆈法,可以帮助航天器节省燃料,被称作霍曼转移轨道
“我们把地球到太阳的距离,约1🛢.5亿公里,记作1个天文单位(A🜦U),火星到太阳的距离是1.52个AU,霍曼转移轨道的半长轴是1.26个AU。”
根据📰🞡🕮开普勒第三定🂴📀🗯律(R^3)/(T☽🄵🁶^2)=GM/(4π^2),计算得出霍曼转移轨道的周期是517天,探测器由于是单程,所以整个周期大约需要259天。
在火星发射窗口期,从地球上发射🛢一个探测器,使它超过第一宇宙速度,在近日点,让🈺🃙探测器加速至霍曼转移轨道。
转移轨道上高🕐🈳速奔驰的探测器,会受到入轨偏差、控制偏差等因素的影响,出现一些微小的误差,进而与预定轨道产生一定的偏离。