固推VS液推，能力誰更強？

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火箭上天，始終有神教之爭！固推的暴力美學，液推的毒王飛天、煤油拉面、甲烷幽藍、液氫透亮！個個漂亮！可總有固液之爭！推進劑技術(shù)哪家強？熹天取經(jīng)帶你看端詳！來說說固推和液推各自的原理和優(yōu)缺點。

【固推原理】

固體推進劑，就是咱們常說的火藥、炸藥，把固體火箭理解成二踢腳、竄天猴就好了！

固推分成兩種，雙基推進劑和復合推進劑。

雙基推進劑，鞭炮、地雷、手榴彈，用的就是。還記得電影《地雷戰(zhàn)》里：“一硝二磺三木炭，包上鐵皮搭上引信，不見鬼子不掛弦。”就是這個。大家都能做，但是可千萬別去試。雙基推進劑在二戰(zhàn)當中的各式火箭中，應(yīng)用的很多。

復合推進劑，大型固體火箭用的是這種。它是由高分子的有機化工材料與氧化劑粉末、燃燒劑粉末和助燃的金屬粉末、固化劑粘結(jié)劑等多種非金屬和金屬材料混合攪拌成膠體后，再注入殼體，固化而成的。比如，我國某品牌快遞、SLS的固體助推，都是這樣的。

這是固推火箭的結(jié)構(gòu)圖。中間是空的推進劑藥柱，上邊是點火裝置。點火裝置一點火，噴出來的燃燒物，通過中間的燃氣通道，把兩側(cè)的推進劑藥柱給點著，火焰從噴管噴出來，推力就來了。

好，問題來了。為什么要把藥柱中間給掏空呢？感覺身體被掏空，對吧！

咱們比較來看。這是不掏空的，那就從一頭燒。這會有兩個問題。一來，燃燒面不是很大，產(chǎn)生的推力就不夠大。二來，高溫燃氣會跟內(nèi)壁直接接觸，殼體未必能忍。那想讓殼體受得了，就得加厚它，整體重量又上去了。那做成中空的，燃燒的面積一下子變大了，而且燒到最后，高溫燃氣才跟殼體接觸。是不是就好多了。那新的問題又來了，火箭起飛的時候，自重最大，空氣密度最大，推力應(yīng)該更大，燃燒面最好也更大。可是你會發(fā)現(xiàn)，如果中空是圓的，反而是剛開始的時候，燒的側(cè)面積小，越燒側(cè)面積越大，因為圓的直徑在擴大，C=2πr=πd。實際情況是，截面做成像這樣的小星星，具體幾個角，根據(jù)需求來。而且藥柱并不是從上到下一個形狀，根據(jù)各個階段的推力、需求等，分成不同的段、不同的形狀，達到最大燃燒效率。比如，航天飛機的固體助推，分成四段，其中一段是11個角，其它是圓形的，但大小不一樣。SLS的固推助推是五段的。咱們國家長六改的助推器是兩段的。

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【固推優(yōu)點】

第一，省。固發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、造價低，藥室、藥柱、噴管，基本就搞定了。造價一般是液發(fā)的1/10到1/20。

第二，穩(wěn)。固推，藥柱肯定是固體的，比液體燃料會更穩(wěn)定，儲存更方便、更安全。

第三，快。固推燃料儲存時間長，所以可以弄好了放著，說用拿出來就用。一般也用三平測發(fā)模式，發(fā)射準備流程相對簡單。這就確保了固體火箭發(fā)射服務(wù)的履約周期更短，可以提升發(fā)射服務(wù)品質(zhì)。發(fā)射應(yīng)急衛(wèi)星，面對突發(fā)狀況，固體火箭會更合適。液體燃料，需要在發(fā)射前才加注，前期準備時間會長，得有7到20天左右。

第四，小。結(jié)構(gòu)簡單的固體火箭發(fā)動機可以做得很小很輕，更容易實現(xiàn)小型化，不僅能夠兼顧海陸機動發(fā)射，就算拓展到逐漸興起的空中試驗、發(fā)射模式，也具備先天優(yōu)勢。

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【固推缺點】

第一，比沖小，固發(fā)比沖在250到300秒。比如說，美國重返月球的SLS固體助推真空比沖為278.5秒。液體的猛禽1約330秒，猛禽2為327秒。

第二，燒的太快了，工作時間短。轟一下子勁挺大，但時間短，耐力不足、不夠持久。

第三，勁兒大，那加速度就大，導致推力不容易控制。

第四，很難重復起動。點火之后，只要燃料不耗盡，基本就是一直燒，“根本停不下來”。這樣要實現(xiàn)推力調(diào)節(jié)也是極難的。

實際你可以想象一個炮仗，你放出去了，再要控制它，很難的。

【固推應(yīng)用】?

固體火箭雖然在運載火箭家族中屬于“少數(shù)派?”，但也從未被忽視。

咱們之前說過的，美國的米諾陶、歐空局的織女星、日本的艾普斯龍。咱們國家就更多了，長征十一號、快舟十一號、快舟一號甲、力箭一號、捷龍一號、捷龍三號、谷神星一號，還有前兩天復飛成功的雙曲線一號。

另外，2021年，咱們國家自主研制、推力達500噸的整體式固體火箭發(fā)動機試車成功，綜合性能達到世界領(lǐng)先水平，打通了我國千噸級推力固體發(fā)動機發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)鏈路。同時，直徑3.5米級五段固體發(fā)動機也在研究，最大推力可以達到千噸以上。

那從未來來看，中小型載荷發(fā)射需求近年來大量增長，固體火箭如果能進一步提升低成本快速履約能力，開展組批生產(chǎn)和批量化研制，市場前景還是很好的。

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【液推原理】

就是推進劑是液體的，一個氧化劑、一個燃燒劑，把它倆弄到一起，點著噴火，就好了。

不過，液體火箭的結(jié)構(gòu)就要復雜得多。

液體推進劑有常溫的，也有低溫的。

常溫的，就是大家常說的毒發(fā)。燃料是偏二甲肼、四氧化二氮，這倆碰到一起就自燃了，跟青春期的少男少女一樣，干柴烈火、一碰就著。代表性的火箭，咱們國家大家熟悉的長征二號F。還有就是被稱為毒王的俄羅斯質(zhì)子M，這個畫面要再放一遍了。咱快進著看完。

那低溫液體推進劑組合，有液氧液氫、液氧煤油、液氧甲烷。比如，長征五號，助推器是液氧煤油的，芯一級和芯二級是液氧液氫。液氧甲烷，目前還沒有成功入軌的火箭。

【液推優(yōu)點】?

實際固推的缺點反過來，就是液推的優(yōu)點。

第一，比沖高，運載能力更強，剛才跟固推的比較中已經(jīng)看出來了。特別是到了真空中，大氣壓力減小，液發(fā)的優(yōu)勢就更加明顯了。

第二，工作時間長。液體發(fā)動機燃料是從燃料罐里泵出來的，充分混合，燃燒會更充分、速度更均勻、效率更高，可以最大限度提高燃燒時間。

第三，可調(diào)可控。因為有泵，也就相當于有個閥門，我就可以開開關(guān)關(guān)、或者控制流量大小，一定范圍內(nèi)增加或減少燃料。這樣就能實現(xiàn)反復起動、能控制推力大小，靈活性好于固推。遇到緊急情況還可以緊急剎車，比如日本H3第一次準備飛的時候，芯級都點火了，然后發(fā)現(xiàn)異常，就停掉了。再比如，1992年3月22日，長二捆發(fā)澳星緊急關(guān)機。大家應(yīng)該還記得，點火之后冒出一陣黃煙，隨后緊急關(guān)機。后來查明的事故原因是，程序配電器出現(xiàn)了0.15毫克多余鋁屑物，產(chǎn)生電弧，接通了一號和二號助推器發(fā)動機氧化劑斷流閥門電爆管，導致一號、二號助推器發(fā)動機在點火后隨即關(guān)機。計算機測算推力不夠，所以在點火之后7秒，緊急關(guān)機。如果這是固推，點了火了，就真的開弓沒有回頭箭了。

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【液推缺點】

液體燃料一般不太好儲存，尤其是低溫燃料，需要一整套嚴格的密封貯存設(shè)備，苛刻的工作流程，否則就很容易蒸發(fā)和逃逸，甚至引發(fā)爆炸或其它事故。

另外，有些液體燃料，比如液氫密度小，需要的貯箱就要很大，火箭自重也會上去。

同時，液體燃料會有腐蝕的作用，對貯箱有影響，所以要發(fā)射前一天或者十幾小時才加注，加注完了也要盡快發(fā)，如果有狀況發(fā)不了，燃料還得卸載。這就使得液體燃料的火箭，無法達到固體火箭那么短的準備周期。

而且，液體火箭發(fā)動機的構(gòu)造也比固體火箭復雜，最終造成了液體火箭復雜并且成本高的局面。

當然，毒發(fā)的話，還有毒！對吧。

綜上，追求運力，液體火箭更勝一籌。快速響應(yīng)，液體火箭力不從心。

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【固液結(jié)合】

它們各有優(yōu)缺點，能不能兩者結(jié)合、軟硬兼施一下呢？當然可以！

利用固推的一股子蠻勁兒，在火箭發(fā)射的時候先給它懟上去，然后液發(fā)跟著一起發(fā)力。所以，現(xiàn)在有一批火箭是固體助推加液體芯級。

比如，咱們國家的長征六號改，美國阿爾忒彌斯任務(wù)的SLS，歐空局的阿麗亞娜5，印度也有GSLV3，還有前段日本發(fā)射失敗的H3。

所以綜合看下來固體推進劑、液體推進劑，誰也別嫌棄，取長補短、一起努力，飛到更遠天際！