为什么火箭整流罩这么贵?

本文基于以下评论的动机和要求:

整流罩狩猎

目前,火箭整流罩的价格约为5-7百万美元。 很多人问:为什么这么贵? 毕竟,它只是一块保护金属。 尽管这是为了保护有效载荷而设计的,但这并不是完全正确的,不仅仅是金属。

让我们从小处开始。 每千克整流罩可减轻有效负载重量。 因此,轻质复合材料可通过轻质合金(通常为铝合金)进行结构增强。 设计类似于蜂窝状(异网状)。 直径5.2米的Falcon 9整流罩的重量约为1.9吨。

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还应特别注意材料的选择,因为整流罩应防止自由气流,EMI辐射,极端温度,PN上的其他振动和机械应力。 例如,猎鹰重型飞机在大约10 km的高度通过声障,然后加速到7-8马赫(2-3 km / s)。 在这些高度上,空气仍然非常密集,整流罩在较高的大气层中经受强烈的加热并迅速冷却。 在短时间内(约一分钟)温度波动可能从100C到-100C。 因此,该材料必须能够抵抗温度的快速变化。

以火箭的头部整流罩为例,考虑空气动力加热对其的影响。 该图显示了整流罩前端的对流热流变化,这种变化是在流线型表面附近气流被抑制时发生的。
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该热通量导致头部整流罩(GO)的表面发热。 下图显示了GO表面的温度分布。
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从图中可以看出,GO弓的温度超过了铝合金允许的工作值。 因此,在GO鼻部的外表面上,由塑料或玻璃纤维将TZP涂在酚醛粘合剂上:
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图中显示了根据GO设计的温度分布图,该图具有船首的TZP:
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从图中可以看出,在机壳和纵向动力装置(纵梁)中,飞行过程中的工作温度均在可接受的范围内。 然而,对于GO内部的航天器,来自整流罩结构的热流可能是不可接受的,因此,必须使加热的结构与GO的内部空腔隔热。
这种隔热材料(TI)的设备如图所示:
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对于在整流罩下的航天器来说,保持10-30°C的温度是必要的。

另外,整流罩应该能够通风,以便在进入太空的过程中,均衡舱室内的压力,以使整流罩不会过早破坏内部。

另一个麻烦是整流罩应该以理想的方式打开,以免以约3-4 km / s的速度损坏有效载荷和下方的导弹级,也就是说,应该有一种特殊的机制将整流罩与有效载荷分开,而不会损坏有效载荷及其下方的台阶。 美国宇航局格伦研究所的Space X真空整流罩测试的精彩视频:



为了实现整流罩的打开以及整个步骤的分离,存在分离系统。
分离系统(SR)的设计目的是从废旧阶段的移动轨迹中分离和退出,并丢弃已经实现其功能目的的结构元件。 致动之前,SR的结构元件必须确保LV设计的完整性和对所有载荷的感知。 SR元件的触发非常快,因此,船上有快速释放的能量源(爆炸物,蓄压器,弹簧等)。 在不连续元素运行之后,相对动力学复杂
运动。 SR的组成包括单元,组件和机制,提供:
-可分离部件的可靠连接和电源键的断开,
-分割部分的繁殖。
第一组包括热释电锁,热释电螺栓气动锁,机械锁,带有线性起爆装药的壳体元件。 通过推动器(空气,高温,弹簧),用于助推气体的喷嘴,制动固体推进剂火箭发动机,发动机推力提供育种。

Pirobolt分离系统:
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线性起爆弹丸:
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中国长城工业总公司博览会的CP位置:

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另一个麻烦是整流罩的大小。 大约15米乘5米。 它可以轻松地适合城市公交车。 对于金属整流罩的制造,使用特殊的大型CNC机器或在复合材料的情况下使用超大型高压釜。 这些过程非常耗资源,并且花费大量时间。 波音高压釜:

波音高压釜

好吧,您一定不要忘记,整流罩在组装后必须通过严格的测试,因为PN在发射过程中的生存时间取决于它。 值得记住的是,就火箭的缺陷而言,整流罩的缺陷会导致PN的损失和火箭发射后无法取消发射而导致的任务失败。

一个人在整流罩的背景下比较尺寸:

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整流罩图:

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有时,当启动薄工具时,需要使用整流罩来在隔间内创建并保持洁净室的气氛。 这给整流罩的设计增加了额外的困难,并导致价格上涨。

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN410619/


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