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混合式火箭

混合式火箭 ，是一种火箭推进器，其推进剂包含固态的燃料以及液态的氧化剂。和固态火箭、液态火箭同样属于化学火箭，具备能够控制推力大小、成本相对低等特性，同时具备更高的安全性。许多公司及团队都相继投入相关研究，不过其比冲值仍待突破。

太空船一号使用的混合式火箭结构

历史 编辑

早期发展 编辑

1953年，太平洋火箭协会开发出长约180公分、直径约10公分的混合式火箭，命名为XDF-23。该协会曾尝试以木材、棉花、石蜡作为燃料，不过最后的设计采用液态氧作为氧化剂，并使用一种橡胶作为燃料。[1]

各国发展 编辑

美国 编辑

2004年，维珍银河公司开发的太空船一号使用两阶段推进系统。第一阶段先以飞行母船载上高空后，第二阶段采用混合式火箭引擎推进，完成最高飞行高度112公里的次轨道太空飞行。

台湾 编辑

2016年，台湾晋升太空科技公司开发改良混合式火箭，探空试射型飞鼠一号两节式火箭长10米，直径1.5米，以“笑气”(一氧化二氮)当氧化剂，搭配固体燃料(合成橡胶)组成混合式火箭引擎，产生推力可达8吨，最快速度每秒2公里，很快能抵达外太空，可飞达250公里，甚至可飞达270公里，目前混合火箭飞行高度的世界纪录是120公里，如果能飞到200公里高就会创下世界新纪录。[2] 原预定于2020年三月中进行试射[3]，然而碰到台湾太空法规当时尚未建立而遭到时任立法委员高金素梅等人的抗议而被迫取消[4]，最终在2021年9月16日于澳洲南澳洲在艾尔半岛的“威尔士湾”（Whalers Way）发射平台三次发射尝试失败告终，并宣布不再尝试进行发射飞鼠一号。[5] 而是延续同一发射许可并以天鹰一号为名，定于2024年第一季发射。

由阳明交通大学联合多间大学共同研究ARRC前瞻火箭的HTTP-3A火箭经历多年的开发及募资[6]，于2022年7月10日在旭海短期科研探空火箭发射场域进行第二节火箭发射测试，虽然飞行时间及高度皆低于预期的10公里高、490秒，仅3公里高、约2分钟，但依旧达成主要测试目标“姿态导控能力”。[7] 依照原ARRC负责人现任国家太空中心主任吴宗信表示，将会于2022年内找到国家级发射场域，完整HTTP-3A二节火箭发射将预定于年底到2023年初进行。YouTube上的"参考文献"

基本组成 编辑

混合式火箭主要由氧化剂供应系统、燃料、燃烧室及喷嘴组成。

氧化剂供应系统
液态的氧化剂经由阀件及管路注入至燃烧室中，提供氧化反应所需的氧化剂，这些管路、阀件以及其中所需的各式感测器统称为氧化剂供应系统。多数情况下即使关闭推进器，在燃烧室内部的燃料冷却之前，只要重新注入氧化剂就可以再次启动推进器，不必重新启动点火装置。[8] 使用某些特定推进剂的混合式火箭引擎，搭配良好氧化剂供应系统控制的情况下，甚至不需要额外的点火装置，而能做到燃烧室冷却长达30分钟后成功重新点火。与液态火箭相似的是，混合式火箭也能够借由调整氧化剂的流量来控制推力。[9] 这些特性显示出混合式火箭可以应用于上层级进行精准入轨。
燃料与燃烧室
氧化剂与燃料混合及燃烧的空间称为燃烧室，由于燃料是固态的，只有燃料的表面能接触到氧化剂及发生燃烧反应，因此燃料与燃烧室通常位于同一空间。与固态火箭相似的是，燃烧室内的燃料可以制造成不同形状以获得不同燃烧表面积。
喷嘴
燃烧室内部产生的大量高温气体经过喷嘴，压缩再膨胀的过程使热能转换为动能，推进器因而获得推力。相较于液态火箭，混合式火箭的氧化剂可以不必经过预热升温，因此喷嘴上不用缠绕复杂的管路。然而这也象征喷嘴没有低温氧化剂的冷却，因此较要求耐热。

推进剂 编辑

混合式火箭推进剂，透过液态的氧化剂和固态的燃料在燃烧室内发生氧化反应产生热量及高温气体，然后通过喷嘴喷出并提供反作用力。

氧化剂
常见的氧化剂包括液态氧、笑气。
燃料
常见的燃料包括橡胶、石蜡、高分子化合物，也有团队曾经尝试使用木材、棉花等物质作为燃料。
  • 台湾前瞻火箭研究中心使用亚克力作为燃料及燃烧室本体，并使用液态氧作为氧化剂展示混合式火箭的运作，透明的燃烧室可以看见火焰在其中燃烧的情形。[10]
  • 日本的一间糖果公司使用棉花糖作为燃料，并成功将火箭推进248米高。[11]

相关条目 编辑

参考资料 编辑

  1. ^ April 1954 Popular Mechanics magazine pp. 81-85. （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2016-10-23
  2. ^ 飛鼠一號火箭若發射成功 將創飛行高度新紀錄. 中央社. 26 Dec 2019 [2020-02-22]. （原始内容存档于2019-12-26）. 
  3. ^ 飛鼠一號可望3月升空 部落允諾有條件再試射. 中央社. 19 Feb 2020 [2020-02-22]. （原始内容存档于2021-04-10）. 
  4. ^ 南田火箭非法試射失敗 高金素梅怒指政府失能、縱容. 新头壳newtalk. 2020-02-13 [2022-07-11]. （原始内容存档于2020-03-05）. 
  5. ^ 太空夢碎！飛鼠一號連3次升空失敗 遺憾宣布不再嘗試發射. 自由时报. 2021-09-22 [2022-07-11]. （原始内容存档于2021-09-28）. 
  6. ^ ARRC 前瞻火箭/全台第一支類衛星載具火箭 HTTP-3A 集資計畫. [2022-07-11]. （原始内容存档于2022-04-18）. 
  7. ^ 【科普圖解】太平洋邊上的太空夢. 报导者. 2022-07-10 [2022-07-11]. （原始内容存档于2022-07-10）. 
  8. ^ 20160929 ARRC Hybrid Rocket Engine Thrust Throttling Test (400N) （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2016-10-24
  9. ^ ARRC HTTP-3A H2O2/Thermoplastics Hybrid Rocket Engine Throttling and Re-ignition Hot-Fire Test 2019-12-27
  10. ^ Demonstration of hybrid rocket motor with acrylic and gaseous oxygen 2016-10-24
  11. ^ CANDY ROCKET PROJECT キャンディでハイブリッドロケットを飞ばせ！ （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2016-10-24
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