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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

欧空局的FLPP  

2010-10-19 21:30:07|  分类: Space |  标签: |举报 |字号 订阅

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欧空局的FLPP - squirrel - 松鼠的空天随笔
ESA现有运载工具集合
      世界航天工业的运载工具已经进行过一轮换血,美国出现了EELV(Evolved Expendable Launch Vehicle),欧洲出现了Ariane 5,日本出现了H-IIA/B,终于有钱的俄罗斯和中国也将推出Angara、Rus-M火箭和CZ-5系列火箭。只有印度技术储备不足,努力追赶即将发射GSLV MKIII,只是达到了EELV这批火箭前一代的档次,其实GSLV MKIII和EELV之前的Titan 3E真的很像的说。对后发者说,运载火箭的更新还没完成,但是先发者更新技术搭建的运载工具又浮出水面,如日本的H-X,当然还有酝酿已久的欧空局的FLPP/未来运载火箭预备计划,或者说新一代运载工具NGL。
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NGL的各种架构,最左为Ariane5,最右为Vega,都不是NGL 
      FLPP于2003年启动,专注于为2020年及其以后的航天需求开发新的运载火箭工具,期间将用部分新技术对现有运载工具进行升级,如预备2015年投入使用的Ariane5 ME火箭,就使用了新的上面级发动机Vinci。FLPP/NGL的基本技术开发包括HTE大推力发动机演示,SPD固体发动机演示,CUST低温发动机技术和先进材料与结构技术。新一代运载工具(NGL)将开发全新的一级发动机和上面级发动机,使用新的架构实现更灵活的配置,满足不同运力的需求。新的第一级发动机备选方案中包括了固体发动机,液氧甲烷发动机和液氢液氧发动机等多种方案,发动机循环方式也兼容并包燃气发生器循环和分级燃烧循环都被选入。
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这是早期构想中的发动机,很好很强大,不过都灰灰了
欧空局2009年从7月开始试验下一代运载火箭的关键技术-法国“乌尔坎”-X(VOLGA)低温推进剂发动机演示器。这台HTE演示器将用做下一代运载火箭的第一级。同时,它还是欧空局未来运载火箭准备项目(FLPP)的一部分。
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FLPP中的甲烷发动机验证机
      FLPP设计了4种架构:NGLHH-SC、NGLHH-GG、NGLCH、NGLHC。NGLHH-SC和NGLHH-GG分别表示全氢氧火箭(HH)-芯级使用分级燃烧循环发动机(SC),全氢氧火箭-芯级使用燃气发生器循环发动机,这两种全氢氧火箭的上面级使用新开发的Vinci发动机或是其衍生型;NGLCH和NGLHC分别表示第一级使用液氧甲烷发动机+上面级使用氢氧发动机和第一级使用氢氧发动机+上面级使用液氧甲烷发动机。
      2009年5月,法国原子能委员会、法国武器装备总署和法国国家航天研究中心提交的联合报告指出应发展Ariane6火箭,作为FLPP的一部分,力争在2020~2025年发射升空,根据他们的建议,Ariane 6火箭模块化设计GTO 运载能力3-6吨,下面级及助推级从氢氧/固体/液氧甲烷中选择,上面级使用现有的Vinci发动机,Ariane6作为一种中等运载能力的火箭,与重型Ariane5配合使用,有效覆盖了GTO3~12吨的运力范围。不过随后的巴黎航展上,法国人改口认为Ariane6火箭可能要2030年才能投入使用。
      Ariane6的具体细节,法国三机构提交的文件并没有详细描述(法语文件,除了提到数据我也看不明白也是个重要原因),不过欧空局在FLPP的描述中提到了类似架构的火箭,根据捆绑固体助推器的不同,不捆绑助推器、2枚助推器和6枚助推器分别具有3、5、8吨GTO运载能力,芯级发动机有四种可能构型,第一种构型最被看好:
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NGLHH-SC的架构
 
230吨分级燃烧循环氢氧机+18吨膨胀循环氢氧上面级(NGLHH-SC)
275吨燃气发生器循环氢氧机+18吨膨胀循环氢氧上面级(NGLHH-GG)
265吨分级燃烧液氧甲烷发动机×2 +18吨膨胀循环氢氧上面级(NGLCH)
265吨分级燃烧氢氧发动机X2+ 20吨液氧甲烷上面级(NGLHC)
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到底是230吨,还是250吨,扑朔迷离ing。不管是哪一种,推力都超越SSME了
不过比较诡异,可能是具体方案远未确定,第一种构型有些地方也写作2500KN海平面推力的分级燃烧循环氢氧机,这种设计中第一级使用2500KN推力的氢氧发动机,推进剂为150吨,上面级使用180KN推力膨胀循环氢氧发动机推进剂26吨,全长51米起飞质量226吨,GTO运力3吨,当捆绑2枚20吨推进剂的固体助推器时GTO运力5吨,6枚20吨推进剂助推器时GTO运力可达8吨。
NGLHH-GG的设计和NGLHH-SC大同小异,第一级发动机推力2750KN,为燃气发生器循环氢氧发动机,推进剂质量170吨。上面级180KN膨胀循环氢氧发动机,推进剂质量30吨,不过即使如此它的GTO运力也只有2.5吨,捆绑4枚助推器时可增加到5吨。如果进一步加大推力,使用海平面3000KN推力的氢氧发动机,则不捆绑固体助推器时GTO运力可增加到3吨。
NGLCH的设计中,第一级使用两台2650KN推力的的液氧甲烷发动机,推进剂质量340吨。上面级使用1800KN推力的膨胀循环氢氧发动机,推进剂质量30吨。这种设计中火箭全长45米起飞质量420吨,GTO运力可达5吨。捆绑两枚40吨推进剂质量的固体助推器时,GTO运力可以增加到8吨。
NGLHC的设计中,第一级使用两台2650KN推力的氢氧发动机,由于推力加大而长度受限制,芯级直径增加到6米,第一级推进剂质量为285吨。上面级使用膨胀循环的液氧甲烷发动机,推力200KN,推进剂质量为36吨。NGLHC设计长度62米,起飞质量为380吨,不过NGLHC构型火箭的GTO运力不会超过3吨,远低于5吨的要求,这种设计价格高昂而运力低下,没有任何竞争优势,因此实际上从来没有被认真讨论过,这也是我开始忘记写NGLHC的原因。

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NGLHH-SC,最右为运力最大的3CCB配置
 
为了满足Ariane5之后重型火箭的需求,FLPP还有CCB(通用核心助推器)的设计,以NGLHH-SC为通用芯级,三枚并联LEO运载能力上将达到22~25吨(25吨位发射ATV/ARV的数据),不过短期内Ariane5并没有被取代的可能,这个预想的方案能否成型,20年后是否变得面目全非,就不是我们能知道的了
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