為什麼俄羅斯的火箭發動機推力始終相對領先呢?

青春之歌AAA


題主是因為最近這些年,美國發射衛星的運載火箭所用的火箭發動機大部分是從俄羅斯進口而來的RD-180火箭發動機才提的這個問題吧?火箭發動機有兩種,一種是燒固體燃料的,另外一種則是燒液體燃料的。俄羅斯在液體燃料火箭發動機技術上有一定優勢,目前處於領先地位,但是固體燃料火箭發動機則遠遠不如美國。美國進口的是俄羅斯的液體火箭發動機,而且並不是自己技術不行,而是美國已經停止液體火箭發動機的更新,直接進口可以大幅降低衛星發射成本。



▼這是俄羅斯火箭發動機中的出口產品RD-180。這款發動機是在俄羅斯RD-170火箭發動機基礎上改進而來的,採用液態氧作為助燃劑,煤油為燃料,同時採用和RD-170類似的富氧預燃室設計,發動機效率極高,真空推力達到420噸以上。為了出口到美國,俄羅斯發動機生產商動力機械科研生產聯合體和普惠動力成力了一家合資公司,主要生產RD-180發動機,作為美國“宇宙神-5”系列運載火箭的動力核心。俄羅斯的火箭發動機技術全部繼承自前蘇聯,說到前蘇聯火箭/導彈就不得不提一個人,正是他的貢獻讓前蘇聯的航空航天和導彈技術可以和美國並駕齊驅。這個人就是謝爾蓋·帕夫洛維奇·科羅廖夫!他是洲際彈道導彈的發明者,他是人類第一顆人造衛星運載火箭的設計者,是人類第一艘宇宙載人飛船的設計者,他是前蘇聯輝煌的航天事業奠基人。他出現,讓前蘇聯成為整個人類探索太空的先驅者,加快了整個人類在航空航天探索的進程。


在他的引導下,再加上政府的大力支持,前蘇聯建立起了世界頂級的航天系統,和大洋彼岸的美國打得難解難分。俄羅斯的航天發動機的技術全部繼承自前蘇聯,不過俄羅斯經濟衰退,政府沒有足夠的資金投入昂貴的航天,整個俄羅斯的航天系統其實都處於嚴重的發展脫節,人才流失,後繼無人的狀態。之所以可以在液體燃料火箭領域依然領先著美國,是因為美國已經停止了液體火箭發動機的更新換代。

▼這是美國土星5號運載火箭的F1液體燃料火箭發動機,海平面推力680噸以上,土星五號運載火箭一次性捆綁5臺發動機,可以輕鬆將巨大的運載火箭和載人飛船送上外太空。這個數據就算是在21世紀的今天都不算落後了,為什麼美國要放棄呢?原因在於F1成本高昂,同時比衝低。F1發動機的比衝為263S,同時代的俄羅斯的RD-180比衝可達311S,遠遠甩開F1發動機。後來,美國將土星5號火箭退役了,與之匹配的液體火箭發動機也停止更新,於是美國的運載火箭選擇了性能優秀,且價格更低的RD-180發動機。不過,最近美國和俄羅斯又鬧翻了,這唯一的軍工領域合作也被美國終止。幾十年來,俄羅斯靠著向美國出口RD-180發動機獲得了超過10億美元的利潤,10億美元對俄羅斯經濟的困局來說並沒有太大幫助。但是,這是美國和俄羅斯唯一的軍工領域合作項目,更是俄羅斯唯一能夠出口美國的軍工產品,其政治意義要遠遠大於經濟利益。美國作為世界第一軍事強國,液體火箭發動機的技術難不倒它的,只要願意咬牙投資,靠著以前的技術積累,就可以滿足本國使用,同時實現對俄羅斯火箭發動機的打壓。


赤焰噠噠噠


眾所周知,美國是一個實力強大的航空航天技術大國,美國洛克達因公司製造的F-1火箭發動機,平均海平面推力可達大約691噸,是世界上推力最大的單燃燒室液體火箭發動機。不過,作為一款液體火箭發動機,F-1火箭發動機略遜色於俄羅斯的RD-170發動機。而且,在發射阿特拉斯-5型運載火箭的過程中,美國仍然需要使用俄羅斯的RD-180發動機來提供動力輸出。從這一點看,俄羅斯的火箭發動機技術確實有領先之處。

RD-180發動機其實就是RD-170系列發動機的一個型號,RD-170系列發動機設計了多個版本,推力範疇在190噸至1000噸之間,RD-180發動機的真空推力為423.4噸,該級發動機的直徑約為3.15 米,長度為3.56 米,重量在5.0噸以上。普惠公司和動力機械科研生產聯合體合作開發了RD-180發動機,不過生產RD-180發動機的工作全部在俄羅斯完成,所以美國需要從俄羅斯進口發動機。

美國在1997年和俄羅斯簽署協議,動力機械科研生產聯合體向美國提供101臺RD-180火箭發動機,按照當時的計劃供貨工作持續到2018年。美國的阿特拉斯-5型運載火箭使用RD-180發動機作為第一節動力引擎,第二節動力引擎是半人馬座火箭。阿特拉斯-5型運載火箭的長度達到58.3米,直徑為3.81米,其重量接近550噸,有效載荷可達數噸,能用於發射各類衛星探測器,今後還有繼續改裝升級的餘地。

美國其實並不打算繼續使用俄羅斯的RD-180發動機,美國甚至希望在2019年就擺脫對於RD-180發動機的依賴,但是由於美國自己的替代型號尚未投入使用,所以美國只好將擺脫依賴的目標時間節點推延至2022年。而俄羅斯動力機械科研生產聯合體也仍然繼續向美國交付RD-180發動機。事實上,俄羅斯還有另一個火箭發動機型號也出口給美國,即RD-181發動機。而美國也承認,即使美俄兩國關係不佳,也仍需要在航天技術領域保持合作伙伴的關係。


白虎堂


問題不準確哈,火箭發動機中推力最大的應該是美國的固體發動機,航天飛機用的是1400噸推力的,最新的sls用的五段固推1633噸推力。

如果限定液體發動機,也分很多種。

液體發動機裡推力最大的是煤油發動機,單燃燒室煤油發動機中推力最大的仍然還是美國土星五號的f1發動機,推力680噸;俄羅斯的rd170雖然推力達到800噸,但也多達4個燃燒室(噴口),蘇俄對大直徑噴口的燃燒穩定性沒有把握,所以只能裝多個噴口,rd170的單室版本rd190也只有200噸推力。rd170雖然比f1效率高很多,但是也晚了20多年才服役,它的對手f1早已功成名就退役十幾年了,而沒多久蘇聯就解體了,rd170沒派上多大的用場(能源號2射1敗就退役了),後來是烏克蘭的天頂系列火箭在用,發射成功率只有85%。俄羅斯自己並不使用這些大推力發動機,它的衍生型號rd180和rd190只用來出口,本尊170則掛在PPT火箭葉尼塞和頓河上。rd170對美國來說也沒有誘惑力,美國本來就可以購買或者授權本土生產該發動機,但是洛馬還是選擇在rd170的基礎上重新開發推力只有一半但更適合自己的rd180,美國運載能力最強的幾款火箭也不使用俄羅斯發動機。而俄羅斯自己喪失了再次擁有超重型火箭的可能性,最近又重提rd170應該還是想秀給中印看看,期待有人接盤。

俄羅斯的煤油發動機一枝獨秀主要是美國自己停止發展煤油發動機了,原因之一是美國的煤油含硫量過高,品質沒有蘇聯的好,轉而研發性能更高的氫氧發動機,之後spacex和洛馬出於成本的考慮又重新撿起煤油發動機,NASA的主承包商波音則使用全氫氧火箭。

另外液體發動機除了肼燃料、煤油,還有氫氧發動機和甲烷發動機,都是美國的推力比較大,rs68那300多噸的推力甚至直接當做主發動機使用,其他國家的氫氧機只有幾十噸到一百多噸,需要配合助推器使用。

最後,火箭發動機不是隻看推力的,即使推力非常大但如果體積過大或者比衝低也是白搭。不同燃料的發動機適合不同的場合使用:起飛階段用煤油機性價比高,進入真空就是氫氧發動機的天下,著陸器等需要長期保存快速響應的燃料時又會用上肼燃料,深空探測器和微型衛星則需要離子發動機。而一些特殊技能則需要特別的指標,比如垂直回收需要深度節流,推力大反而不適合;又比如開發火星需要能就地生產燃料,甲烷的優勢就出來了。

圖1是登月土星五號的f1發動機,圖上只能看到四臺發動機

圖2是能源號的rd170,圖上四個噴口屬於一臺發動機




老祖宗還沒起床呢


火箭技術是大國之間的遊戲。

俄羅斯不過就是在吃蘇聯老本而已。

為什麼俄羅斯的火箭技術發達呢?

這是因為火箭技術屬於軍事重工範疇,而且蘇聯是舉國體制,重工尤其是軍事工業是蘇聯發展的重點。當然,瘸腿的經濟發展也為蘇聯解體埋下了伏筆。

二戰結束以後,美國和蘇聯的軍事工業蓬勃發展,特別是導彈和火箭工業,蘇聯發展火箭技術不計成本,幾十年大量的基礎研究和技術投入下來,火箭發動機相對領先也就順理成章了。

美國的火箭發動機技術也非常先進,資本主義國家講究的是利益至上,冷戰結束以後沒有了美蘇的軍事競爭,好多火箭相關的企業失去了訂單,就像F2戰鬥機一樣,全世界最好的戰鬥機,訂單結束以後,生產線都沒有了。美國政府要下訂單,對不起不可能了。

最後,千萬不要忘了我韜光養晦的大天朝,因為我們太低調了。


我是軒轅君


因為這得益於當年冷戰的時候蘇聯不惜一切代價投入整個國家的資源瘋狂研發各種科技。要知道科技研究這種講究的就是一分投入一分產出而且投的越多得到的成果越多,哪怕有多數都是失敗的,但就算項目失敗也是一種寶貴的數據成果。而那時候航天是蘇聯投入最大的地方。通過那個時期的積累,他掌握了很多發動機相關的核心科技!

不過。。。。因為受美國誘導太厲害,導致投入太過瘋狂無度,輕民生卻導致整個國家崩潰而解體。


毒聚一方


性價比高,美國想買多少都可以,不值得美國自己研發液氧煤油的大推力發動機。俄羅斯也知道這一點,所以不會控制對美國的銷售,不是美國落後,是因為美國覺得從俄羅斯買更便宜。


陽光灑滿角落


要想在數量上增大還是比較簡單的,只要造大一點就可以了。當然也有極限存在。

但是推力大的發動機,推重比不一定大,推進效果不一定就比推力小、推重比高的發動機好。俄羅斯(蘇聯)恰恰就是這樣發展發動機的。不過俄羅斯的火箭發動機比美國自己造的要便宜一些。火箭發動機工作時間短,對技術精密程度要求低。美國客機斷然不會採用俄羅斯渦輪發動機的。

俄羅斯的火箭不是技術領先,而是簡單的實用性比較好。就像炊事班做飯的大鍋,不如家用電飯煲技術含量高,但是做出來的飯菜數量多。做一個同樣容量的電飯煲,成本太高了!如果做一次飯菜就不再用了,當然是選擇大鐵鍋。


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