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西雅图初创公司 Stoke Space 透露了开发高效火箭发动机的计划,该发动机类似于为 SpaceX 星际飞船提供动力的猛禽发动机。

Stoke Space 成立于 2019 年 10 月,不到两年前就获得了第一轮重要融资——910 万美元。 当时,首席执行官兼联合创始人安迪·拉普萨 (Andy Lapsa) 表示,这家初创公司只有五名员工,没有固定的工作空间,而且测试场地是一片“荒地”。 在 18 个月内,Stoke Space 将那片空地变成了一个 令人印象深刻的测试设施,进行了大量的部件测试,并组装了它的第一个全尺寸火箭发动机——一种不同于以往任何一种奇特的类似 UFO 的装置。

它还筹集了另外 6500 万美元——足够的资金开始认真开发一个 潜在的革命性 能够以不到 50 万美元的价格将 1.65 吨(约 3600 磅)重物送入轨道的火箭。 为了实现这个极其雄心勃勃的目标,斯托克航天公司采取了更加雄心勃勃的步骤,试图使其开发的第一枚火箭完全可重复使用。 同时,该公司已将多项奇异技术融入该火箭,并最终出人意料地宣布将尝试开发一种最困难的发动机类型来为该火箭的助推级提供动力。

全流分级燃烧

在与 YouTuber Tim Dodd(日常宇航员)的长时间采访和巡回演出结束时,首席执行官 Andy Lapsa 透露,Stoke Space 已决定为其可重复使用火箭的第一级制造一台全流量多级燃烧 (FFSC) 发动机。 FFSC 是可用于化学双组元火箭发动机的最有效的燃烧循环类型,但它也是最难开发的。

从本质上讲,全流量发动机试图从它消耗的推进剂中榨取每一盎司的性能。 最强大和最高效的化学火箭发动机必须在短时间内消耗大量推进剂,而不会破坏它们所连接的运载火箭。 为了产生压力并旋转将推进剂送入主燃烧室所需的泵,发动机通常会在单独的气体发生器或预燃器中燃烧少量推进剂。 燃气发电机发动机的排气口向船外排放,降低了效率,但使设计更加简单。 多级燃烧发动机使用预燃器产生气体来泵送液体推进剂,废气最终被注入主燃烧室。

全流量分级燃烧通过具有两个独立的泵和用于氧化剂和燃料的预燃器而与众不同。 与更简单的分级燃烧变体不同,FFSC 发动机将所有推进剂转化为气体,然后再将其注入燃烧室。 高温气体会增加燃烧热量和燃烧室内的压力,确保几乎所有流经发动机的推进剂都燃烧并尽可能高效地转化为推力。 由于高温高压以及需要富氧预燃器和泵,FFSC 异常困难。 在高压、热氧环境中,几乎所有可以想象的东西都会自燃。

SpaceX 的猛禽引擎。单猛禽静态射击。Starship 第一阶段的 33 引擎基地。斯托克的完全可重复使用的火箭。助推器似乎有七个 FFSC 引擎。上级有一个带 30 个燃烧室的单引擎。

只有复杂的定制设计合金才能经受住这些条件。 SpaceX 的 Raptor 引擎是唯一飞行过的 FFSC 引擎,特别困难,因为它意味着高度可重复使用。 要想取得成功,Raptor 必须连续数十次甚至数百次在这些条件下存活下来,期间几乎不需要维护。

Stoke Space 试图建造的第一台助推发动机将是可重复使用的全流量多级内燃机,由液态甲烷和液态氧提供动力——本质上是 SpaceX Raptor 的缩小版。 斯托克的助推器在其他方面很熟悉,并且具有可部署的着陆腿,如 SpaceX 的猎鹰助推器。 Lapsa 说它可能还会有网格鳍。

重用上层

在许多方面,斯托克第一火箭的上级更加雄心勃勃。 斯托克以氢和氧推进剂为动力,设计了一个圆锥形的胶囊状上级,带有一个整体整流罩。 上面级的推进力非常奇特。 一个大型泵将推进剂输送到分布在隔热罩边缘的多达 30 个燃烧室。 来自这 30 个腔室的废气将膨胀并部分推向上级同样奇特的金属液冷隔热罩。 隔热罩的膨胀提高了上级的效率,这意味着它的发动机在技术上将是一个气动塞式发动机。

上级为重返大气层做准备。上级与助推器分离。上级隔热罩的渲染图。上层触地。个人斯托克推进器。一个 15 室的静态火灾。上级隔热罩和发动机的原型。上级坦克的原型。 (日常宇航员)

斯托克已经开始测试具有 15 个燃烧室的上级 UFO 类火箭发动机的全尺寸版本。 自 2022 年下半年开始测试以来,斯托克已经完成了数十次静态点火。 Everyday Astronaut’s tour 还透露,这家初创公司在制造和组装其第一个全尺寸上级原型——坦克、鼻锥、隔热罩、发动机等方面取得了重大进展。

让人想起 SpaceX 的 Grasshopper 和 Starhopper 活动,Stoke 计划在该原型通过资格测试后对其进行跳跃测试。 2月7日,斯托克还透露,它已经开始测试其全流量增压发动机的一个关键部件。 总而言之,Stoke Space 正在以惊人的速度取得进展,并继续首先解决最棘手的问题。 这家初创公司还避免广泛宣传任何具体的截止日期,而是选择让硬件和有形结果为自己说话。 只有时间才能证明这种方法是否奏效,但斯托克在充满令人印象深刻的火箭初创公司的行业中取得了令人印象深刻的开端。

Stoke Space 打造 SpaceX Raptor 引擎的第一个真正的竞争对手

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