月球沒有氧氣,當初返航的阿波羅登月艙是如何點火的?

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月球沒有氧氣,當初返航的阿波羅登月艙是如何點火的?

無論是二衝程還是四衝程發動機,單缸還是八缸,我們現今使用的引擎大多是由燃料和空氣為主的內燃機驅動;然而,混合汽油和氧並不是唯一生成所需能量來驅動飛船的方法,事實上這種方法有時是最無奈的選擇。

在典型的以汽油為燃料的汽車引擎中,生成動力的汽缸都由可上下活動引進新鮮空氣和汽油的軸承和活塞組成。當進氣閥關閉時,活塞向上移,壓縮混合物、增加其溫度。火花塞打火,汽油點燃,隨後釋放熱量和能量驅動活塞歸位。

相反的另一端活塞(進氣閥和火花塞)是一個連線到曲軸的連桿。因此,當活塞被迫下降,它推動連桿,隨即曲軸旋轉。這個過程在各種機械上,從鏈鋸到福特F-150,被用了無數次。

但是這種方法依賴於大氣中的氧氣和汽油中的碳相結合,在太空中沒人能聽到你的尖叫因為沒有空氣,自然沒有氧氣。那麼火箭這種情況下怎麼辦?

火箭並不依賴於曲軸,而是靠氣體、液體、固體的噴射或輻射通過小開口(噴嘴)產生助推力。和卡車不同,火箭必須自己攜帶推進劑,而卡車不需要攜帶氧化劑而可以直接從周邊的環境中得到。

要想完成一次有意義的飛航,攜帶足夠的氣態氧是不切實際的(不是不可能)。為解決這一問題,研究出了液態和固態的推進劑。

固體推進劑主要有兩種型別——同質的和複合的。兩者都是燃料和氧化劑混合在一起,被點燃時,兩者就能產生動力。同質固體推進劑是獨一無二的,其氧化劑和燃料在一起作為一個單獨存在的不穩定化合物,不外乎硝基與硝化甘油放一起。

另一方面,複合固體推進劑的燃料和氧化劑是不同的材料組合成一個混合粉狀或結晶,通常包含硝酸銨或氯酸鹽,或氯酸鉀(氧化劑)和一些型別的固體碳氫化合物燃料(類似於瀝青或塑料)。

固體推進劑長期以來一直用於運載火箭上,包括太空梭上每個能產生330萬磅推力的發射助推器上。

液體推進劑主要有三種型別:石油型、低溫型和自燃型。這三種推進方法都是分別儲存它們的氧化劑和燃料直到需要產生推力。當火箭燃料和液體推進劑被點燃,是分別加入燃燒室,結合後最終爆炸,產生必要的推力。

石油液體推進劑,顧名思義,將石油產品(如煤油)和液態氧混合,高濃度的液態氧是有效和強大的推進劑。 因此,這種方法被廣泛用於許多火箭,包括第一階段的土星一號、土星IB和土星五號,以及聯盟號飛船。

另一種液體推進劑依靠低溫液化氣體(超級低溫),一個常見方法是混合液化氫(燃料)和液化氧氣(氧化劑)。非常高效但難以長期儲存,因為需要保證兩者的超低溫(氫液體需保持在華氏-423度、氧氣在-297 華氏度)。低溫推進劑只在有限的應用地使用過,儘管這些要包括太空梭的主發動機、德爾塔四號的一些特定階段和一些土星火箭。

石油和低溫推進劑都需要某種形式的點火,爆破、化學或者電子點火等方法,然而,第三種型別的自燃液體推進劑不需要點火。

即使在室溫下,自燃液體推進劑也易於儲存,因其自發燃燒性所以應用廣泛,比如在操縱系統。因此,即使涉及的材料是高度有毒和腐蝕性的,雙曲燃料還是被頻繁使用,包括在太空梭軌道機動系統和阿波羅登月艙。

負責阿波羅登月艙的承包商是格魯曼公司,其領導下的四個分包商和負責上升推進系統發展的貝爾飛行體系公司,專案工作開始於1963年1月,但工程師直到1968年9月下旬仍在修補提升引擎。那時貝爾的初始燃料噴射器轉交給洛克達因公司分包設計,結果後者還建造了引擎。

阿波羅登月艙由航空燃料和四氧化二氮氧化劑為動力的恆定推力引擎驅動。由於自燃材料腐蝕性太強,每次點火都會把引擎燒穿(需要重新復原),結果是在阿波羅宇航員離開月球之前沒有測試過引擎(因為一點火就壞)。

[楊二姐 via todayifoundout]

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