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楼主: zard1
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蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

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发表于 2017-3-8 14:21 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 九石弓 于 2017-3-8 14:27 编辑
宇宙神2 发表于 2017-3-8 14:11
没有冗余机制,坏一台整个火箭都完。


坏一台就完蛋,假设单台可靠性是0.9,
十台并联后的可靠性是0.9^10=0.348678,
五台并联后的可靠性是0.9^5=0.59049,
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发表于 2017-3-8 14:26 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

宇宙神2 发表于 2017-3-8 14:17
F9和新格伦都是一样的布局,当然这也需要新科技的支撑,比如传感器可以迅速发现有问题的发动机并迅速关机 ...

我觉得这些都容易,比设计个高推重比的发动机要容易多了。
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发表于 2017-3-8 14:26 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 14:21
坏一台就完蛋,假设单台可靠性是0.9,
十台并联的可靠性是0.9^10,
五台的可靠性是0.9^5,

你这算法落伍了,要用F9的算法,坏一台继续完成任务。
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发表于 2017-3-8 14:31 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

锻铁 发表于 2017-3-8 14:26
你这算法落伍了,要用F9的算法,坏一台继续完成任务。

我们说的是用YF250替换长征5号的YF100
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发表于 2017-3-8 14:32 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

长征九号 发表于 2017-3-8 14:12
冗余这个我赞同。但是发动机多了故障肯定要多,必然的。N1就是教训。人家土星五号就5台发动机,多好啊

这是两个问题,不在一个讨论范畴里,单台可靠性依赖很多原因,材料、加工工艺、实验次数、测试手段等等,现在已经不是当年N1的时代了,单台可靠性高了很多,但并没有解决一旦出问题没有冗余的问题。而且单台可靠性再高也不能达到100%可靠。
现在的架构设计就是假设发动机一定会出问题,通过设计保证在出问题时仍然能保障整个系统的可靠。
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发表于 2017-3-8 14:38 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

宇宙神2 发表于 2017-3-8 14:17
F9和新格伦都是一样的布局,当然这也需要新科技的支撑,比如传感器可以迅速发现有问题的发动机并迅速关机 ...

错了,长征5号用的是8台YF100,用YF250一对二的替换是用4台。上面计算的是10台和5台,不过方法一样,把发动机的单台可靠性连乘起来,就是一台也不能坏的概率。
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发表于 2017-3-8 14:43 | 显示全部楼层
还有就是提高单台发动机的推力势必造成系统更复杂,燃烧室压力更高,材料要求更高等问题,这些都是对可靠性起副作用的,为啥BE-4降低燃烧室压力,这些都有可靠性的考虑,一味追求单台大推力高比冲这都会降低可靠性。
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发表于 2017-3-8 15:21 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

锻铁 发表于 2017-3-8 14:26
我觉得这些都容易,比设计个高推重比的发动机要容易多了。

这些在N1的时代都是很难实现的,随着技术进步,现在就可以用这种多台并联架构了。
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发表于 2017-3-8 15:24 | 显示全部楼层
多台并联冗余度需要较高的起飞推重比,其实就是猎鹰9火箭,如果一起飞就出故障,只要不是中心那一台,火箭可能还是要摔的。
F9FT型,起飞总推力是7607kN,也就是大约776吨,单台推力大约86吨。火箭总起飞重量是549吨(不算载荷质量)。
如果恰好是中心的发动机坏了,起飞推重比约是1.25,可以正常起飞。
如果坏的是周围那八台的一台,需要关闭对应的一台,那么此时的起飞推重比约是1.1,这个起飞推重比就有点低了,一般火箭最小的起飞推重比大约是1.2.

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发表于 2017-3-8 15:28 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

宇宙神2 发表于 2017-3-7 08:41
个头确实不小啊,如果这个成功了,有望超过猎鹰。毕竟发动机技术是火箭的关键。

超不过的 猛禽很轻松就可以将它完爆。
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发表于 2017-3-8 15:29 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

长征九号 发表于 2017-3-8 14:12
冗余这个我赞同。但是发动机多了故障肯定要多,必然的。N1就是教训。人家土星五号就5台发动机,多好啊

事实恰好相反, 发动机越多 冗余越多,可靠性越强。
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发表于 2017-3-8 15:43 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

CRB 发表于 2017-3-8 15:29
事实恰好相反, 发动机越多 冗余越多,可靠性越强。

那长征九号可以用40台YF120就可以起飞了啊,这样也就没有必要研制YF480和YF220了
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发表于 2017-3-8 15:44 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

CRB 发表于 2017-3-8 15:28
超不过的 猛禽很轻松就可以将它完爆。

BE-4并不是不能提高推力,只是为了更容易的复用,特意降低了燃烧室压力。猛禽指标上要比BE-4多60吨推力,但这个要看总体系统设计,新格伦的7台已经够用了。
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发表于 2017-3-8 15:46 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 15:24
多台并联冗余度需要较高的起飞推重比,其实就是猎鹰9火箭,如果一起飞就出故障,只要不是中心那一台,火箭 ...

猎鹰9的发动机还在升级中,实际上1.2推重比这个也不是最小需求,别忘了燃料是在飞速燃烧的,重量在快速变轻,能起飞就能一直飞下去。
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发表于 2017-3-8 15:55 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

本帖最后由 九石弓 于 2017-3-8 16:30 编辑

http://www.rcgus.com/xiaohulu1228/2077903.html
承载苏联载人登月梦想:N-1火箭
上面这个是小火箭对N1的介绍文章,通过介绍可以看出N-1火箭其实有并联冗余度设计,只是控制系统差,尤其是第二次,一台发动机燃料泵异常,系统应该只关闭它,结果系统错误的关闭了29台发动机。
下面是从上文里摘录的N-1火箭的4次发射情况。
N-1第一次发射,时间1969年2月21日。
在发射6秒后第12号与24号发动机熄火,发动机排布如下图。
img.jpg

工程人员当即认为,任务仍可完成。因为N-1火箭设计了动力冗余,损失2台发动机的动力对火箭本身的测试任务的完成并不构成致命威胁。

起飞25秒后,传感器报告发动机燃烧室压力整体不足。这个指令触发了火箭的应急预案。涡轮泵的功率开始增大,但是这个指令与作动机构之间的协调没有进行过测试。
65.8秒时,28台火箭发动机的功率全部超过最大允许值。整个管路系统出现了严重的高频振动。66秒时,1台NK-33火箭发动机的液氧输送管路爆炸!
按N-1火箭的设计,1台发动机的管路爆炸并不该影响整体性能。只需将该管路关闭即可。但是,箭载计算机反应有些慢。等到她关闭管路的时候(在68.7秒成功关闭),一级火箭内部的大火已经无法控制。随后,火箭发生了大爆炸(起飞69秒,此时火箭高度12200米)。

N-1第二次发射,时间1969年7月3日。
发射6秒后,传感器报告:燃料泵异常!(后来分析是一枚螺丝钉松动后,被强大的煤油喷流冲到了燃料泵里)N-1火箭的故障控制系统立刻关闭了传感器指示出的那台发动机。然而,令人不解的是,故障控制系统没有停下关闭指令,而是开始接连关闭发动机,用了3秒钟的时间,关闭了第一级火箭30台发动机中的29台。(只剩下第18号发动机还在工作)

N-1第三次发射,时间1971年6月27日。

这次,问题没有出在动力系统上,而是出在了制导控制系统中。不知怎么的,当火箭飞到250米高的时候,制导系统突然认为火箭的姿态异常,并开始发疯似的试图摆正火箭姿态。而实际上,火箭此时的姿态没有任何不妥。
制导系统的错误指令让原本飞得稳稳的火箭开始偏斜。一级火箭外环24台NK-33发动机的差动控制力矩是如此巨大,以至于瞬间就甩飞了火箭第3级及以上的结构。
第3级火箭启动了自毁程序,飞船也被引爆,她们一起砸到了第1次正式启用的2号发射台上。
失去了第3级和上面级的N-1火箭仍在向上飞行,但是此时已经失去了弹载计算机的控制,成了一枚巨型无控火箭弹。最终,重重地撞到了20千米外的一座小丘上,炸出了一个直径30米,深度将近16米的大坑。


N-1第四次发射,时间1972年11月23日。


第4枚N-1火箭飞行平稳。随后,N-1火箭的飞行速度顺利地超过了声速。
起飞90秒后,N-1火箭程序转弯顺利,按最新的制导程序,再过26秒,就该准备一二级的分离程序了。
但是,警报声在此时响起了。弹载计算机认为此时火箭的轴向过载太大了(事后有科学家认为是4号发动机出现了耦合振动,影响了火箭的轴向过载,但是这个分析并未与其他人的分析达成共识)。30台NK-33火箭发动机的推力比工程师们预计的要稍大一些。当然,在设计中保留这样的余量其实也是必要的。
按照预案,弹载计算机自动关闭了一级火箭内环的6台发动机。(此时接近一二级分离的关键控制点,要保证火箭的俯仰与偏航姿态,因此最好不要关闭外环发动机。)
管路,这回又是管路出了问题。在关闭了内环6台NK-33发动机后,一级火箭供给内环的燃料系统面对突如其来的压力变化没有防备。管路多处破损,导致一级火箭底部中心开始着火。
不过,此时的推力是足够的,只要火箭再多撑一会儿!可惜,第107秒的时候,整个一级火箭没有经受住烈火的炙烤,发生了爆炸
逃逸塔把绕月飞船带离了爆炸区域。飞船稳稳地降落在拜科努尔。整个上面级弹出后,从4万米高空坠下,摔毁在荒滩上。




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发表于 2017-3-8 16:28 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

本帖最后由 九石弓 于 2017-3-8 16:33 编辑
宇宙神2 发表于 2017-3-8 15:46
猎鹰9的发动机还在升级中,实际上1.2推重比这个也不是最小需求,别忘了燃料是在飞速燃烧的,重量在快速变 ...


猎鹰9-Block 5版确实要增大推力,但火箭的起飞质量会不会也增大?
1.2推重比虽然不是最小需求,但也差不多了,低于1.17的运载火箭貌似没有,而且猎鹰9的长径比又高,是有名的“飞行铅笔”。不过它如果的栅格翼在起飞时也允许打开,倒是能起到稳定姿态的作用。
墨林1D+的流量大约是300千克/秒,9台一秒消耗大约2.7吨推进剂,点火后过17秒其重量可以满足7台发动机推力1.2的推质比。按以前的经验,在第15秒左右高度大约300米,速度大约40-50m/s.

对啦,宇宙神,你有Atlas V(411)和Atlas V(551)这种挂一个或五个固体助推器的推力不平衡构型,是怎么解决由推力差带来的推力不平衡问题,猎鹰9是否可以参考?
ingm.JPG
宇宙神-5(411).JPG
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发表于 2017-3-8 18:04 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 16:28
猎鹰9-Block 5版确实要增大推力,但火箭的起飞质量会不会也增大?
1.2推重比虽然不是最小需求,但也差 ...

靠RD-180摆动来提供矢量推力平衡固推的不平衡。
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发表于 2017-3-8 18:09 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 15:55
http://www.rcgus.com/xiaohulu1228/2077903.html
承载苏联载人登月梦想:N-1火箭
上面这个是小火箭对N1 ...

当年的箭载电脑运算和传感器都不行,现在强太多了,所以多发并联后总体可靠程度更高,实际上材料限制提高单发的推力越来越困难,回收复用做好了,推力和比冲都不是要求到极限了。降低成本提高复用次数的需求更大些,BE-4和猛禽不是不能实现更高推力,更高推力势必要求更高的室压,这样反而降低可靠性。
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发表于 2017-3-8 18:10 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

宇宙神2 发表于 2017-3-8 18:04
靠RD-180摆动来提供矢量推力平衡固推的不平衡。

这样,F9是不是也可以通过墨林发动机的相关摆动来拜托推力不平衡,看N-1的例子,发动机失效后并不是关闭对应的发动机,也是通过发动机的摆动来控制推力不平衡的。
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发表于 2017-3-8 18:19 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

本帖最后由 九石弓 于 2017-3-8 18:20 编辑
宇宙神2 发表于 2017-3-8 18:09
当年的箭载电脑运算和传感器都不行,现在强太多了,所以多发并联后总体可靠程度更高,实际上材料限制提高 ...


嗯,控制系统的可靠性是高了,其实火箭的事故多数不是箭体或者动力系统的原因,多数还是控制系统的失误,典型的如长三乙首飞失败。
只是在计算并联冗余度时,还是要乘上控制系统可靠性的概率,毕竟没有什么系统可以做到百分之一百的可靠,如N-1第二次发射错误关闭发动机的情况在现在控制系统中概率虽然很小,但不是没有。
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发表于 2017-3-8 18:56 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

宇宙神2 发表于 2017-3-8 18:09
当年的箭载电脑运算和传感器都不行,现在强太多了,所以多发并联后总体可靠程度更高,实际上材料限制提高 ...

高推力和高室压没必然关系,而且,猛禽的室压已经够高了,30MPa,如果真投产,就创造了现役火箭发动机推力室压强的记录了。
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发表于 2017-3-8 19:38 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 18:56
高推力和高室压没必然关系,而且,猛禽的室压已经够高了,30MPa,如果真投产,就创造了现役火箭发动机推 ...

液氧煤油和液氧甲烷是不能直接比室压的,同一类发动机想要提高推力,燃烧室压力必然要提高。
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发表于 2017-3-8 20:35 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-7 18:18
BE-4现在进度到哪里了?刚刚有报道AR1整机首次试车。

和AR-1差不多
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发表于 2017-3-8 20:36 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

宇宙神2 发表于 2017-3-7 19:47
富氧分级燃烧,250吨推力。

富氧分级的循环方式多了去了
NK-33,RD-180,RD-0124,RD-58都不同
BE-4早期的设计看起来类似NK-33,但现在这个似乎改了设计
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发表于 2017-3-8 20:39 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 18:10
这样,F9是不是也可以通过墨林发动机的相关摆动来拜托推力不平衡,看N-1的例子,发动机失效后并不是关闭 ...

F-9可以关闭任何一台发动机不影响,那点力矩偏差不是大问题
实际上土星5的二级5台发动机就有这种能力
苏联的能源号芯级4台发动机中也可以关掉任意一台
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发表于 2017-3-8 22:02 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

本帖最后由 九石弓 于 2017-3-8 22:06 编辑
宇宙神2 发表于 2017-3-8 19:38
液氧煤油和液氧甲烷是不能直接比室压的,同一类发动机想要提高推力,燃烧室压力必然要提高。


产生推力的直接理论就是动量定理Ft=mΔv
液氧煤油和液氧甲烷虽然不一样但相同条件下的Δv差不多,甲烷机大出10多秒。同一类发动机,提高推力更与燃烧室压力没绝对关系,RS-68的推力比SSME大100多吨,推力室压力却从RS-25的20.5MPa降低到RS-68的9.7MPa.
提高室压能提高Δv,但提高的很有限。从提高推力出发,提高Δv远远不如提高m来的有效,就是提高发动机的流量,提高m就要提高泵系的功率。
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发表于 2017-3-8 22:04 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

纸飞机 发表于 2017-3-8 20:39
F-9可以关闭任何一台发动机不影响,那点力矩偏差不是大问题
实际上土星5的二级5台发动机就有这种能力
...

土星5的二级是关闭任意一台吗?我知道在阿波罗13任务中,中间那一台熄火了,靠四周的四台把飞船送入了地月转移轨道。
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发表于 2017-3-9 14:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 oaki911 于 2017-3-9 17:23 编辑
九石弓 发表于 2017-3-8 22:04
土星5的二级是关闭任意一台吗?我知道在阿波罗13任务中,中间那一台熄火了,靠四周的四台把飞船送入了地 ...


所以长九的芯二级采用7-9台yf77高空版冗余并联也许更好,可靠性更高,并且和芯三级共用发动机,还有老大哥土星五号也是二级和三级共用发动机。

当然,用YF220也很好,能促进大发动机的进步。
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发表于 2017-3-9 14:54 | 显示全部楼层
其实怎么看化学能火箭基本上也就这样了,不另辟蹊径,靠化学能火箭人类永远别想真正进入太空时代
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发表于 2017-3-9 16:03 | 显示全部楼层
感觉西方人做什么都是一板一眼,做什么规格要求都很高,从不凑活,从此图中至少能看出两点:光可照人的厂房地板,这点貌似我们做到了;还有就是那个运发动机的推车,感觉挺复杂,逼格挺高。
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发表于 2017-3-10 09:16 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 15:24
多台并联冗余度需要较高的起飞推重比,其实就是猎鹰9火箭,如果一起飞就出故障,只要不是中心那一台,火箭 ...

即使的边缘的1台发动机坏了也不需要关闭对称的那台,剩下8台的喷口摆角按规律稍微做一下调整即可。现在的控制技术远超N1的年代,苏联那时连堪用的晶体管计算机都没有,其失败基本不可避免。
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发表于 2017-3-10 09:59 超大游击队员 | 显示全部楼层
九石弓 发表于 2017-3-8 18:10
这样,F9是不是也可以通过墨林发动机的相关摆动来拜托推力不平衡,看N-1的例子,发动机失效后并不是关闭 ...

F9以前炸过边缘的一台,其余发动机调整推力方向不需要关对侧。
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发表于 2017-3-10 10:41 超大游击队员 | 显示全部楼层
启航太阳系 发表于 2017-3-10 09:59
F9以前炸过边缘的一台,其余发动机调整推力方向不需要关对侧。

那次事故是在工作时间的后段吧?到那个时候其实关闭对应发动机推力也够。
当时不关闭相应的发动机,是不是考虑尽力减少一级的工作时间,减少重力损失?
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发表于 2017-3-10 11:35 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-10 10:41
那次事故是在工作时间的后段吧?到那个时候其实关闭对应发动机推力也够。
当时不关闭相应的发动机,是不 ...

调整是很复杂的,不止要调节推力失衡还要重算燃烧时间包括节流速度,如果推力损失大应该加大其他发动机流量尽快燃烧,这些东西要调整的很多。
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发表于 2017-3-20 17:50 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 15:24
多台并联冗余度需要较高的起飞推重比,其实就是猎鹰9火箭,如果一起飞就出故障,只要不是中心那一台,火箭 ...

猎鹰9的火箭推力是可调的,一台出故障后其它发动机的推力会调整。
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发表于 2017-3-20 21:30 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 15:55
http://www.rcgus.com/xiaohulu1228/2077903.html
承载苏联载人登月梦想:N-1火箭
上面这个是小火箭对N1 ...

N1太可惜了,多机密集并联的先驱安息吧,徒子徒孙将继承您的事业,誓将密集阵火箭发动机事业进行到底!
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发表于 2017-3-21 17:28 | 显示全部楼层
很多亚洲面孔。
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发表于 2017-3-21 18:06 | 显示全部楼层

RE: 蓝色起源新一代BE4火箭发动机整机公布!

九石弓 发表于 2017-3-8 22:04
土星5的二级是关闭任意一台吗?我知道在阿波罗13任务中,中间那一台熄火了,靠四周的四台把飞船送入了地 ...

阿波罗6号,二级中间一台故障,关机信号发给边上一台正常工作的发动机,于是俩都熄火了。
最终成功进入停泊轨道,但三级二次点火失败,未完成高速再入试验。
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