第219章 甲烷火箭的點火方式
tea-teb這種傻瓜式點火劑，顯然不適用於未來飛行環境更復雜的甲烷火箭，而主流點火方式就那麼幾種，秦宇細細盤算起來。
“液氧/甲烷的推進劑組合難以接觸自燃，也就增加了點燃難度。除化學點火外，像導火索點火、電熱絲點火、催化劑點火，這幾種雖然可以用，但點火能量比較低，咱們不考慮。”
“還有電點火、微波點火、激光點火、壓電式點火幾種方式，點火能量都非常大。即使液氧/甲烷的溫度再低，也能做到一觸即燃，可以考慮鑽研一下！”
秦宇給出了自己的意見。
安妮捏著下巴思索起來，緩緩答道：
“這些點火方式，我最近翻看過幾篇論文，也有所瞭解，感覺各有高低吧。秦總，您覺得選擇哪一種火箭的點火方式更合適？”
秦宇笑了笑，這小姑娘是一點彎路也不想走啊，打算直接從嘴裡把答案套出來。
不過直說也沒關係，既然其餘點火方式用不上，也沒必要折騰人家去翻遍書山卷海的做比較了。
秦宇坦言道：“要我說，你們就把精力集中在電點火的方式上吧，準確來講，要叫火炬式電點火。至於它為什麼更合適，是因為微波點火、激光點火和壓電式點火，沒那麼多的研發時間……”
安妮點點頭，表示明白了。
所謂火炬式電點火，說簡單點，類似於汽車發動機的火花塞，通過在電極之間施加高電壓產生火花，來點燃混合氣體或推進劑。
而火箭發動機也是類似原理，先將一小部分的氧氣/天然氣注入到燃氣發生器，再由電火花塞引燃，進行預燃燒。
由於氧氣/天然氣本就是火箭的主燃料，分別來自兩個貯箱，所以這股小火會像火炬一樣源源不斷的燃燒，並穩定噴進主燃燒室，直到燃起滔天大火！
這種方式，根本原理仍是由小火引燃大火，卻無需擔心類似tea-teb點火劑意外耗盡的情況，也不需要設置額外的副流道。
因為預燃燒的初始燃料，就來自於液氧和甲烷貯箱，這是取之不盡用之不竭的。
秦宇一邊比劃著，一邊給安妮描述起來，
“只需要分別從液氧、甲烷的貯箱，接兩條流道到燃氣發生器，最好是讓-183c的液氧、-161c的甲烷，以氣態的形式進入。畢竟氧氣/天然氣的混合物，點火難度會低一些。”
“而且通過火炬式電點火，可以更精確的調節燃氣發生器的初始能量、火焰強度，從而更好地控制發動機的燃燒情況，變推力的調節也能大幅提升。”
“預燃燒和主燃燒都採用了液氧/甲烷，也能降低系統的複雜性，燃燒匹配性更好……”
安妮聽明白了大概，提問道：“可是讓液氧、甲烷以氣態的形式進行預燃燒，光這個過程，就有點小難度了呀。”
秦宇擺手，考校她說：“動動腦筋想一想，這個過程真的很難嗎？”
安妮轉著眼珠琢磨起來，思考秦總拋過來的這個問題。
把-183c、-161c的液態液氧/甲烷，分別以氣體的形式注入到燃氣發生室，這一點都不簡單啊……
但瞧秦總的態度，彷彿這是個簡單到家的答案。
安妮搔著腦袋，冥思苦想，但就是思索不出來。
若想讓零下近二百度的燃料，變成氣態混合點燃，那麼除了點火器、點火電極、燃料供應管道以及相關控制電路外，還得增加一個燃料加熱系統吧？
畢竟能量守恆定律在那兒擺著呢，液體變成氣體是要吸收熱量的……
吸收——熱量？
安妮的後腦勺一亮，猛然想到了什麼，嘀嘀咕咕起來，“冷卻循環系統……是冷卻循環系統吧？”
秦宇露出慈父般的笑容，“孺子可教也。”
安妮雀躍的鼓了鼓掌，心道原來如此，讓液氧/甲烷變成氣態氧/天然氣的訣竅，果然藏在冷卻循環系統這裡！
秦宇說：“星火系列的冷卻循環系統，來自什麼，沒忘記吧？”
安妮欣然頷首，
“是由‘迎風-100’的燃燒室冷卻系統改造來的，這款系統共內外雙層，外層設計了360個冷卻槽，它的工作原理類似馬克沁重機槍的水冷槍管。”
“在火箭發動機工作時，會產生數千攝氏度的高溫，釋放的高溫燃氣會從冷卻系統的內層排出，而-183c的液氧流過外層進入燃燒室。”
“此過程中，液氧不僅完成了燃燒反應，還降低了發動機的溫度，可以說
一舉兩得！”
秦宇嗯了聲，提醒她道：
“液氧甲烷發動機的冷卻循環更容易，除-183c的液氧外，液態甲烷也是-163c，完全可以設計成三層冷卻結構。”
“內層仍是排出高溫燃氣，中間層流過液氧、外層流過甲烷。如此一來，燃氣發生器所需的氣態氧/氣態甲烷不就誕生了？”
安妮興奮的點頭，
“那我們唯一需要做的，就是在火箭初始的點火階段，給燃氣發生器預留一部分氣態氧/氣態甲烷即可。”
“在首次點火發射後，等發動機進入到三千攝氏度的高溫，便可以源源不斷從冷卻循環系統中，抽出高溫蒸發的氣態氧/氣態甲烷儲存，這個點子簡直太棒了！”
秦宇囑咐道：“從冷卻循環系統抽取初始燃料，還是比較容易的，關鍵在於火炬點火器和高承壓火花塞的研製，這個需要你們費不少心思。”
安妮問：“需要注意哪些東西嗎？”
秦宇列舉起來，
“諸如點火頻率、推進劑進入時序、點火能量匹配、點火位置等，都是電點火的敏感因素，任何一項操作不當，都可能引起較大點火衝擊，導致任務失敗。”
“由於液氧甲烷火箭是為深空探索做準備，推力和燃量比較大，我建議你們設計一下雙燃氣發生器的方案：一個產生燃氣驅動渦輪泵轉速，另一個驅動噴注器供量，各司其職實現更精準的變推力調節。”
“火炬式電點火器的設計，不急於一時，你回去後先準備一份設計方案，提報上來我幫你看看、修改一下，再轉入樣品測試。”
“重點對點火器的高空環境/真空環境模擬點火，進行測試，每種點火都不得少於3萬次，才算測試通過……”
秦宇跟安妮在發動機試驗場，就液氧甲烷的問題暢談了半天，解決了小姑娘一部分的困惑。
除點火方式外，還涉及到推力室熱防護問題、大功率渦輪泵問題、可重複使用問題等，雙方做了深入的探討。
秦宇最後拍拍她的肩膀，語重心長道：
“這些問題，通過我給你講的，回去以後多琢磨，不懂的回來問我。同時也要多發動腦筋，去探究問題的本質，也就是亞里士多德的第一性原則。”
“比如說火箭，這玩意看起來很高大上、充滿科技感，本質上就是由宇航級的鋁合金再加上鐵銅合金及碳纖維製成的。”
“原理也很簡單，就是牛頓第三定律，或者乾脆想象成一個紮緊的、充滿空氣的氣球：一旦鬆開，空氣就從裡往外噴，氣球沿反方向飛出，道理是一樣的！”
“再比如價值百萬級的航天計算機，本質上就是銀行自助atm機的升級版；再比如航天級的亞軌道飛船安全帶，本質上也是汽車安全帶而已。”
“平常想不通的事，就把它分解成最基礎的東西，多去探尋本質才是科學家從0到1、取得顛覆性創新的法寶……回去沉澱沉澱吧……”