打火机靠摩擦火石产生火花引燃气体。贝爷在野外烤肉,引火经常用刀摩擦火石,有时也钻木取火或让电池短路生火。家里燃气灶、汽车等靠电池放电产生电火花引火。SpaceX的猎鹰9火箭在发动机关闭后,重新点火需要用到蓄电池吗?答案是不需要。
猎鹰9火箭目前采用Merlin 1D发动机,主燃料是液氧煤油(LOX/RP-1)。点火剂是TEA-TEB(三乙基铝烷-三乙基硼烷)混合物,TEA-TEB遇氧可自燃。火箭发射时,TEA-TEB和液氧喷进燃烧室,引发自燃,也引燃随后流进燃烧室的主燃料液氧煤油,实现发动机点火。
猎鹰9火箭脱离大气层,一级二级火箭分离后,一级火箭发动机处于关闭状态。一级火箭通过喷射冷气流实现姿态翻转,随后发动机重新点火(Boostback Burn),点火剂是火箭自身携带的TEA-TEB和液氧。发动机重新启动的目的是实现返回大气层前的轨道控制。
这里还有一个问题,一级火箭发动机在无重力环境下重新点火,燃料怎么进入燃烧室?答案是用加压氮气把燃料“推”进去。
猎鹰9火箭在地面发射时,为减轻火箭重量,用于点火的TEA-TEB和液氧是从地面上的容器喷入燃烧室的。火箭的重量需要“斤斤计较”,不像卡车装货多点儿少点儿无所谓。小时候在酒泉看过一次火箭发射,时间是晚上。老爸抱起我,让我站在一堆砖上以便看得清楚。火箭喷吐烈焰,直刺黑暗苍穹的景象至今记忆犹新。很多年后我好奇地问老爸,那次发射成功了吗?老爸犹豫了一会儿告诉我,由于临时加了一点几公斤的仪器,火箭没有入轨,掉到澳大利亚的沙漠里了☹️。
TEA-TEB同样被用于SpaceX Falcon Heavy的发动机点火,但正在研发的Raptor发动机则不再采用。Raptor发动机采用火花点火(Spark Ignition)。
无重力环境下重新点火,用加压氮气把燃料“推”进去?液氧和煤油,在无重力下,无论储箱怎么加压,都无法使液氧和煤油聚集于储箱底部。给储箱加压,是为了使火箭保持结构的强度,就像轮胎,在没充气的情况下,出点力,很容易使其产生形变,而加了2-3倍大气的轮胎,人的力气是很难对其产生形变的。
在无重力情况下,储箱里的液氧和煤油都会漂浮起来。这种情况下,只要给火箭一个向前的加速度,就能使储箱里的液体聚集于底部。现实的火箭也都是这么做的,没有其他可能。falcon 9 助推器,自带了很多台冷氮推进器,用于调整姿态。当然也可以用于使储箱里的液氧和煤油重新聚集于底部。