单级可重复使用的火箭有可能到达火星吗?

时间:2023-01-05 16:03:04   作者:
目前的推进系统都不行。如果有效载荷质量缩小到零,就有可能建造一个SSTO(单级入轨),但这仍然需要6.4公里/秒的delta V才能到达火星轨道。

单级可重复使用的火箭有可能到达火星吗

我们可以进入轨道,因为我们可以使用高输出化学火箭,以轻重量提供大推力,如果你想达到进入稳定的近地轨道(LEO)所需的9.4公里/秒的delta V,这是必需的。不幸的是,这些化学发动机的效率很低,这意味着当你进入轨道时,你通常会消耗掉即使不是全部,至少也是大部分的推进剂。这就需要分段,以使相应较小的航天器达到所需的下一个delta V里程碑(或者是在轨加油,这基本上重置了火箭的方程式,并作为分段事件)。

现在有更高效的发动机,比如核热机,它的效率是最好的化学发动机的两倍,但相比之下,它们的推力重量比很差,而且可用的最终推力无法满足将火箭从地面送入轨道的任务。然而,与它们的化学兄弟相比,它们被用作近地轨道到火星的阶段发动机,在旅行时间上有了巨大的改进。

目前,最高效的推进发动机是离子驱动,它的效率令人印象深刻(比最好的化学发动机的效率高20倍),但它们的性能也非常一般,推力值只有牛顿力范围内的一小部分(相当于你手里举着一个乒乓球)。如果你正在建造一个深空机器人探测器,这是没问题的,但如果你有又大又重的人类乘客和他们的生命维持设备,你需要尽快把他们送到另一个星球上,那就没什么用了。

如果我们能制造出推力相当于化学火箭的离子型发动机,那么典型科幻小说中的宇宙飞船就可以轻松地从地球起飞,完好无缺地飞到邻近的行星上了。到目前为止,我们能做的最好的是Ad Astra Rocket Co开发的实验性VASIMR发动机,它的推力值在几十牛顿的范围内。相比之下,使用甲烷和液氧的SpaceX猛禽发动机的功率约为230万牛顿,所以在我们得到巴克·罗杰斯式的太空渡轮之前,还需要一点发展。
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