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纯外行,为什么现在还没有单级入轨的航天器捏

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不论是波音的X-37b还是国产空天飞机,都需要火箭或者大飞机加持才能入轨。上个世纪60年代就已经实现了次轨道飞行了,为什么一直止步于此了?


IP属地:美国来自iPhone客户端1楼2025-03-31 19:45回复
    可以这么理解:单从线性数据来看,60年代的火箭已经达到90%的物理上限了。后面的几十年相当于在榨干最后的10%。这10%不会引起质变


    IP属地:上海来自Android客户端2楼2025-03-31 22:58
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      再等个几亿年看地球重力会不会小点


      IP属地:山西来自Android客户端3楼2025-03-31 23:21
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        应为大推力高比冲的引擎还遥遥无期


        IP属地:德国来自Android客户端4楼2025-04-01 00:04
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          因为根据火箭方程,多级火箭的速度增量永远大于单级火箭


          IP属地:北京来自Android客户端5楼2025-04-01 02:48
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            因为火箭引擎水平没有突破。上世纪六十年代的引擎已经达到现在同一个量级,或者说,几十年来都没有突破那时的同级水平,有的只是一些小提高。
            需要完全不同的引擎才能单级入轨。


            IP属地:广东来自Android客户端6楼2025-04-01 07:00
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              卡在喷速上,目前喷速还是4km/s,还没有找到继续提升的空间


              IP属地:广东来自Android客户端7楼2025-04-01 08:28
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                因为化学能火箭就这水平了,用化学能火箭人类永远只能在地月系打转了,最多偶尔去个火星啥的。


                IP属地:北京来自Android客户端8楼2025-04-01 08:34
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                  没有发动机。
                  要到达外太空至少需要第一宇宙速度,也就是20倍音速。现在能达到这个速度的只有火箭发动机和理论上的斜爆震发动机。
                  火箭分1级2级是因为需要携带大量的燃料和液氧,用光了就抛掉减少多余的重量。如果要单级入轨,那么就不能自带液氧,用到空气中的氧来减轻自身重量。
                  斜爆震发动机的启动速度是6马赫,现在主流的涡扇发动机能到2.2马赫,涡喷能到3马赫,还需要研制7马赫的旋转爆震发动机做组合发动机,旋转爆震发动机和斜爆震发动机的燃烧室不一样,共用进气口和排气口,各自的燃烧室,难度太大。


                  IP属地:山东9楼2025-04-01 08:48
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                    没有必要,单级入轨运载比太低了


                    IP属地:福建来自iPhone客户端10楼2025-04-01 08:54
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                      单级入轨总干质比要做到14,或者说不计算载荷、整流罩,火箭本体干质比要达到20+,才具备约40吨的近地运力。此时火箭全重约3650吨。


                      IP属地:河北来自Android客户端11楼2025-04-01 08:57
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                        此外可以衍生出一个问题,为什么现在飞向外太空是垂直起飞的火箭?为什么不用同样的发动机设计成水平起飞的航天飞机?这个问题DS大模型回答更专业,我直接复制了。
                        1. 对抗地球引力的效率
                        重力损耗最小化:垂直起飞时,火箭发动机的推力直接用于克服地球重力,将载荷送入轨道。若采用水平起飞,飞行器需同时产生升力(通过机翼)和水平推力,这会分散能量,导致更高的燃料消耗。
                        快速脱离稠密大气层:垂直发射可在几分钟内穿过最稠密的低层大气(约10-20公里),减少空气阻力造成的能量损失。而水平起飞需要长时间在大气层内加速,导致持续的气动加热和阻力问题。
                        2. 推力和燃料效率的挑战
                        火箭发动机的特性:火箭发动机的比冲(燃料效率)在真空中更高,但需要携带氧化剂(如液氧),导致燃料质量巨大。水平起飞的飞行器若仅依赖火箭发动机,需在低速大气层内消耗更多燃料,效率更低。
                        速度需求差异:进入轨道需达到第一宇宙速度(约7.8公里/秒),远超传统飞机的速度(如客机约0.25公里/秒)。水平起飞需要长时间加速,而大气层内的空气阻力和热载荷会大幅增加设计难度。
                        3. 结构设计与材料限制
                        垂直结构的紧凑性:火箭的垂直堆叠设计能高效容纳燃料和载荷,减少结构重量。水平起飞的飞行器需要类似飞机的气动外形,但高速飞行时需承受更大的气动压力和热防护挑战(如再入大气层时的隔热需求)。
                        推力方向与载荷分布:垂直发射时推力方向与重力方向一致,结构受力均匀;水平起飞时需承受复杂的横向加速度和弯矩,对机身强度要求更高。


                        IP属地:山东12楼2025-04-01 09:02
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                          可以勉强做到但没必要,化学火箭就是大燃料罐底焊发动机的极端玩意(当然工程上没这么简单),能入轨的是冰山一角,所以少量性能差距就能带来大量运力差距。
                          所以能扔的死重就得早扔,盲目追求单级入轨完全不如两级回收实在。
                          至于单级入轨空天飞机,还是去坎星玩吧,地球太大了不适合。


                          IP属地:山东来自Android客户端13楼2025-04-01 09:09
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                            多学习吧,学学齐奥尔科夫斯基的公式就明白了


                            IP属地:天津14楼2025-04-01 09:19
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                              因为现在还是 F=MA 的时代。而 F全部来自于化学能。


                              IP属地:山东15楼2025-04-01 11:01
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