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JAXA获得超低温推进剂数据,向超低温燃料火箭迈近一步

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)于2014年8月4日23时成功发射了观测火箭“S-310”43号机(S-310-43号机)。发射该火箭的目的是,为实现超低温燃料火箭(CPS:Cryogenic Propulsion System)实施必要的实验。另外,此前的“火箭惯性飞行中的二相流动态及热传导特性的观测”实验也取得了成功。此次除JAXA外,东京大学及早稻田大学也参加了实验。

       CPS是以液氢等超低温推进剂为主燃料的火箭。目前主流火箭是使用常温推进剂作为主燃料,与这些火箭相比,CPS有望提高性能。

       不过,CPS的实现也面临着诸多课题,包括(1)确立液氢等超低温推进剂的长期保管方法(提高隔热性能)、(2)确立液体推进剂的保持方式(掌握燃料罐内的液体表面动态)、(3)确立高效预冷方法(查明伴随沸腾的液体热传导特性),等等。

       此次在观测火箭上配备了对引擎的涡轮泵冷却流路及燃料罐实施了局部模拟的实验装置。通过使该火箭做弹道飞行来模拟CPS在宇宙空间惯性飞行的环境,同时使液气流入该火箭配备的实验装置,对液氢的沸腾及流动情况,装置内部的温度、压力、气泡产生情况(空隙率)实施观察及计测。通过这些实验,获得了与火箭惯性飞行中的超低温推进剂有关的数据,以及与燃料罐内液体表面的动态及热传导特性相关的数据。今后还将详细分析这些数据,提高以CPS的推进系统为对象的热流动分析模型的精度。

       在观测火箭内,液氢于发射后100秒开始流入实验装置。之后,在约150秒内获得各部分的温度、压力及空隙率的数据,并同时获得了实验装置内的二层流动态(气体与液体混流的状态)的图像(见图)。(记者:富冈 恒宪,NikkeiTechnology)

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图:此次实验获得的图像(左)以及与该实验相对应的地上实验获得的图像(右)
左图中,可以观察到有很多大小不一的气泡产生。而右图中,由于受到重力作用,气体偏向上方而液体偏向下方。图片由JAXA提供。 (点击放大)



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责任编辑:樊晓旭