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單級入軌運載火箭 Single Stage to Orbit (SSTO)
2022-05-28 08:45:19 *
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作者 主題: 單級入軌運載火箭 Single Stage to Orbit (SSTO)  (閱讀 3942 次)
peter
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« 於: 2017-04-01 09:00:30 »

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 世界上第一個單級入軌運載火箭 Single Stage to Orbit (SSTO)+XRS-2200

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各類太空飛機  
http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=45&topic=9850.0


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XRS-2200

==

A Single Stage to Orbit (SSTO)

http://www.universetoday.com/134812/arca-unveils-worlds-first-single-stage-orbit-rocket/


Artist's impression of the Haas 2CA deployed to orbit. Credit: ARCA


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https://en.wikipedia.org/wiki/Haas_%28rocket%29



Haas rocket




Two stage Haas 2C rocket




Haas 2 rocket with IAR 111 supersonic plane
« 最後編輯時間: 2020-12-09 13:02:10 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #1 於: 2017-04-01 12:02:47 »

http://www.cnbeta.com/articles/science/598525.htm
世界上第一個單級入軌運載火箭
總部位于新墨西哥州的私人太空公司ARCA Space Corporation近日宣布,該公司正在研發世界上第一個單級入軌(SSTO)運載火箭 ,
可以將一些小型載荷運送到低地球軌道上,每次發射的費用約為100萬美元。這種被稱為 Haas 2CA的單級入軌運載火箭以16世紀的德國火箭技師Conrad Haas命名,
將使用線性塞式發動機,而不是傳統的鐘形噴管火箭發動機。進入太空是一件非常復雜的事情。
將衛星等進入軌道意味著火箭的發射速度需要達到約18000英里/小時(29000公里/小時)。這需要火箭助推器的巨大能量。

不幸的是,這意味著需要增加更多的燃料來發射火箭。這是太空機構和私人太空公司使用多級火箭的原因之一。
每一級都裝有發動機與燃料,目的是為了提高火箭的連續飛行能力與最終速度。
另一個原因是常規的火箭發動機只能在剛性定義的高度內有效地工作,因為在發射時,火箭的推力必須抵抗空氣阻力。

ACRA正在嘗試在 Haas 2CA單級入軌運載火箭中使用線性塞式發動機,該公司聲稱這比現在使用的發動機效率高出30%。
線性塞式發動機的原理是當熱氣體離開燃燒室時,空氣本身充當失去的一半鐘形噴管。這意味著當火箭飛得更高時,
更薄的空氣將氣體保持在較小的位置,并且擴散得更像是鐘形噴管逐漸變大。
ACRA表示,與類似的發動機相比,這樣可以使Haas 2CA產生更高的比沖量。
另外,通過使用可以單獨節流的16個燃燒室,火箭將不需要重型和復雜的萬向節系統。

完成后,Haas 2CA運載火箭的高度將達53英尺(16米),直徑為4.95英尺(1.5米),重量為1210磅(550公斤)。
加注燃料為重量將達35887磅(16290公斤)。 與其他使用低溫助推器的系統不同的是,哈斯2CA燃燒過氧化氫和RP-1 (一種高精煉煤油)。
另外其將產生50500磅的推力,這將允許它在24小時內將220磅(100公斤)的有效載荷送到低地球軌道上,每磅約10000美元或每公斤4545美元。

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« 回覆文章 #2 於: 2017-04-01 12:05:53 »

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%A3%E5%B0%96%E5%BC%95%E6%93%8E

氣尖引擎  Aerospike engine
氣尖引擎(塞式噴管)是一種火箭結構不同於鐘形噴管的方式,目前已知只有美國波音和洛克希德公司在製作實體測試,用於太空飛行,但至今沒有成功。氣尖引擎有傳統的圓錐形符合一般理解中圓柱狀火箭的外型,但該種方式效率較差沒有價值,將其以線狀橫列方式部署一整排的線性氣尖引擎較能發揮它的優點,也成為唯一實驗中的方式






氣尖引擎和鐘形引擎比較
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« 回覆文章 #3 於: 2017-06-20 09:45:26 »

https://www.universetoday.com/136080/aerospike-engine-considered-shuttle-never-flew-thats-change/

The test of twin Linear Aerospike XRS-2200 engines, originally built for the X-33 program, was performed on August 6, 2001 at NASA’s Sternis Space Center, Mississippi. Credit: NASA’s Marshall Space Flight Center
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« 回覆文章 #4 於: 2017-09-22 18:25:08 »

http://www.cnbeta.com/articles/science/654423.htm
作為世界上首艘為發射單階軌道(SSTO)衛星而設計的火箭助推器,該引擎只花了 60 天時間就完成了制造組裝。

過去 60 年里,太空發射已經變得相當普通。初級點火之后,火箭會從發射臺緩慢而莊嚴地升空,
不斷加速并最終消失在藍色天空中。幾分鐘后,
火箭一級關火并與次級分離,而后者會點火并將載荷運送入軌

如此設計,是因為初級引擎在海平面上效率最高,但隨著海拔是升高,它的效率會逐漸降低。

因此在飛行的不同階段,不同的引擎擔負著不同的職責,從而取得有效載荷與燃料重量等方面的平衡。

然而氣動引擎的設計有些不同:首先從外觀上來看,它將傳統火箭助推器的鐘狀包圍(使其朝著一個方向去排氣)
精簡掉了一半;其次它將兩部分背靠背排布,由頭到腳逐漸變尖。


« 最後編輯時間: 2017-09-22 18:26:46 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #5 於: 2017-09-26 14:11:36 »

http://www.cnbeta.com/articles/tech/655137.htm

数十年来世界各国的宇航局都依靠多级火箭向地球轨道运送飞船和货物。但是一种配备了“线性气尖引擎”的新型火箭将彻底改变这一现状,火箭研发人员宣称已经准备好进行地面测试。 位于美国拉斯克鲁塞斯的一家公司Arca宣称,新研发的这款单级轨道火箭被称为Haas 2CA,它能够在5分钟之内将100公斤的负载送入地球轨道。据Arca公司称,这个火箭发射系统将进行一系列的地面测试,直到最终获得发射资格。

在完成地面测试之后,新型引擎将被装配到论证者3号火箭上,这枚火箭将在新墨西哥州沙漠上空120公里的高度上实行亚轨道飞行。这款引擎的海平面推力为4.2吨,它使用的燃料中过氧化氢含量达到70%。尽管使用了低能燃料,但是火箭使用了极轻的燃料箱和高效的线性气尖引擎,这就能够确保火箭能够进入地球轨道。

ARCA公司将把地面测试和飞行测试的结果应用到Haas 2CA单级轨道火箭上,这枚火箭预计将于2018年从美国宇航局的瓦罗普斯飞行中心发射升空。与常用的多级火箭发射系统不同,这种设计意味着火箭在发射过程中不需要脱离额外的火箭推进器。它只有一节火箭,以过氧化氢和煤油为燃料。

据Arca公司称:“它能够自动调整海拔压力的下降,能够让燃料的减少高达30%,这都是依靠线性气尖引擎实现的。这种引擎从海平面到太空的喷流都是理想的,确保火箭在所有飞行高度都能够实现较高的能效。
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« 回覆文章 #6 於: 2021-01-27 15:29:16 »

https://www.cnbeta.com/articles/science/1083099.htm

Reaction Engines是一家英国航空航天公司,由工程师艾伦·邦德、理查德·瓦维尔和约翰·斯科特于1989年,在英国太空飞机项目“HOTOL”取消后创立的。在HOTOL项目的基础上,该公司希望打造一款单级轨道太空飞机,称为“云霄塔”(Skylon,又称“天龙”),并开发能为其提供强大动力的发动机。“吸气式双模式火箭发动机”(Synergetic Air Breathing Rocket Engine,简称SABRE)是一款氢动力发动机,可以利用地球大气层中的氧气,推动像云霄塔这样的太空飞机从0加速到高超音速;在进入太空后,发动机进入火箭引擎模式,改用装载的氧。

如今,Reaction Engines得到了一些业内知名企业和机构的支持,包括波音、英国宇航系统公司,劳斯莱斯公司,以及英国和欧洲航天机构。

在试验场的安全围栏内,一台冷战时期战斗机的引擎在改装之后,被用于复制高超音速下产生的高温气流。过热的空气从一个由数千个薄壁管组成的轻型环形装置喷射而出,冷却剂就在这些薄壁管中流动。这是一台预冷器,功能是尽快地把极端热量排出。工程师们希望该装置在SABRE引擎上使用时,能够防止其内部组件在高温下熔化,确保引擎有效运行。

2019年初,预冷器经受住了420摄氏度的考验,这模拟的是飞行器以3.3马赫——音速的三倍多——在大气中飞行的情况。不过,工程师们想要达到的是5马赫。这是个神奇的数字,相当于每小时6200公里的飞行速度;换言之,这是协和飞机巡航速度的两倍多,比世界上最快的喷气发动机飞机SR-71“黑鸟”侦察机还快50%以上。5马赫也恰好是目前飞机生产所用材料的极限。在5马赫和海拔20公里时,SABRE引擎将关闭进气口,停止吸气,开始燃烧混合了氢燃料的液氧,以25马赫的速度进入地球轨道。2019年10月,原有纪录被打破,模拟的飞行速度达到了5马赫。预冷器在不到1/20秒的时间内成功冷却了流入机器的超过1000摄氏度的空气。

这次测试的成功为团队负责人海伦·韦伯赢得了英国皇家航空学会享有盛名的拉尔夫·罗宾斯爵士工程领导奖章,其团队也获得了一系列奖项。“我们达成了一些以前从未做过的成就,”韦伯说,“这是航天技术突破发展中的一个重大时刻。这一成功使我们离SABRE的实现又近了一步,并为高超音速飞行铺平了道路。”

目前,韦伯正在研究SABER引擎本身的核心技术。尽管可能需要等待10年才能开始这款发动机的飞行试验,但其中创新性的热控制技术似乎已被应用到其他领域。例如,在电动汽车中,新型高效轻型热交换器将使锂电池充电更快,使用时间更长。

美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校的克里斯多夫·库姆斯说:“Reaction Engines公司做得很好的一点是,他们是说先开发一种技术,然后再开发另一种技术。向投资者推销可以在5年内用于喷气式战斗机的热交换器,要比推销需要30年时间建造的云霄塔容易得多。”

奇怪的是,在Reaction Engines网站上很难找到有关云霄塔的信息。“云霄塔是一款概念飞行器,用来展示SABRE发动机将如何使用,”该公司的业务开发经理奥利弗•纳拉德说,“我们并不是在开发飞行器。近期我们将重点放在发动机上,但与此同时,我们必须确保太空飞行器技术的同步开发。”

为此,Reaction Engines与可能建造太空飞机的“不同利益相关者”展开合作。2020年,该公司与欧洲空间局(ESA)合作,制定了一个更为保守的计划,即在未来十年从法属圭亚那发射一架两级飞行器。

太空飞机的概念很简单,尽管有时会与一系列令人困惑的飞行器联系起来。在一个非常宽泛的定义下,用于发射维珍轨道(Virgin Orbit)公司“发射机一号”(LauncherOne)的波音747也可以归类为太空飞机,因为它相当于宇宙飞船的第一级。

让•德维尔表示,真正的太空飞机有两种,“一种很简单,就是通过传统的垂直起飞火箭将太空飞机送入太空,比如航天飞机。更困难的一种是飞行器水平起飞,通过一个渐进的轨道到达太空,或者两级都是太空飞机。”

太空飞机的优点很容易列举出来。一个令人信服的概念就是“飞”到空间站,然后再飞回来,就像我们乘飞机从纽约飞到旧金山一样。太空飞机可以使用机场跑道,而不需要昂贵的发射台,这也意味着它们可以更频繁地发射和着陆。如果想回收精密而脆弱的卫星,唯一的解决办法是搭乘太空飞机,而不是使用载人太空舱,利用降落伞减速返回地球。

太空飞机也可以用来测试军事装备,甚至拦截敌方卫星。在技术上,太空飞机与高超音速武器和飞机的技术有重叠之处。因此,Reaction Engines也参与了英国国防部资助的一个研究项目,旨在为飞机开发高超音速推进系统。

然而,航天工业并没有按照太空飞机倡导者所希望的方式发展。美国罗得岛海军战争学院的大卫•伯巴赫表示:“我们在计算机方面取得的进步远远超过了火箭。自动化意味着我们真的不需要把很多人送上太空。这可能看起来很原始,或者看起来不够体面,但实际上,火箭才是我们目前所需要的。”

一些分析人士认为,目前将卫星带回地球的需求也很少,因为它们的建造成本越来越低,寿命也越来越长——坦率地说,卫星正变成某种一次性用品。在Space X公司的星链卫星群中,就使用了数千颗批量生产的小型卫星,用来扩大互联网接入,这些卫星想必也不会大费周章地进行回收。

另一方面,太空飞机涉及成本昂贵的技术挑战。这其中,不仅需要足够坚固和轻便的材料来承受频繁的太空往返,还必须考虑如何将飞行不同阶段所需的两到三种不同类型的推进系统整合在一起。“在我看来,这是最主要的困难之一,”让·德维尔说。

“最后,太空飞机项目的主要障碍在于开发过程需要非常雄厚的资金,”让·德维尔补充道,“这就是为什么欧洲、苏联和俄罗斯都放弃了这一概念。”

然后就是竞争。“Space X以不断突破极限而闻名,但它正在扼杀太空飞机,”克里斯多夫·库姆斯说,“他们在降低太空访问成本方面做得非常好,但这也让他们失去了投资昂贵太空飞机研究的兴趣。”

可能只有亿万富翁才能承受开发太空飞机失败的代价。

尽管波音的X-37B近年来在军事领域取得了成功,但太空飞机爱好者们已经习惯了失望。苏联航天先驱弗里德里希·灿德尔在1911年设计了一架星际航天飞机,机翼设计为可在上升过程中烧毁。20世纪30年代,奥地利工程师尤金·桑格提出了用火箭驱动的亚轨道轰炸机轰炸纽约的想法。幸运的是,纳粹没有将此变成现实。

20世纪50年代,火箭设计师沃纳·冯·布劳恩在《科利尔杂志》(Collier‘s magazine)上阐述了他对“带翅膀的火箭”的设想,而美国空军采纳了桑格的想法。波音X-20 Dyna-Soar(“动力倍增器”的英文缩写)从1957年一直持续到1963年,在花费了6.6亿美元后终止,取而代之的是“双子座计划”(Gemini programme)。最初的双子座飞船本应由火箭发射进入太空,在返回时像滑翔伞一样降落在跑道上,但这一计划最终也被取消。曾经秘密的苏联项目也失败了,比如“米格-105”(MiG-105)太空战机。这是苏联断断续续的建造太空飞机计划中开发的载人测试飞行器,在1976年首次飞行。这个项目被称为“实验性载人轨道飞行器”(Epos),最终在两年后被取消。

似乎每个国家都想拥有自己的太空飞机。受NASA航天飞机的启发,苏联的“暴风雪”(Buran)号航天飞机在1988年进行了一次无人飞行,后来该计划被取消。欧洲和日本的航天飞机也停留在计划阶段。因为火箭是进入太空竞赛更快的方式。
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