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[话题讨论] 不建议发展甲烷发动机......

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发表于 2019-3-31 23:07 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 orbit 于 2019-3-31 23:15 编辑

人们认为甲烷是最好的火箭燃料,只是因为火星可以制取,我不知道我这辈子能不能看见载人火星登录但是我知道甲烷并不怎么美好

1温室气体 甲烷属于很强的温室气体,对于这个已经变暖的地球来说没什么好处
2密度 甲烷液氧的密度只有液氧煤油密度的80%左右,这对于起飞级来说不是什么好事
3海平面比冲 甲烷发动机比冲一般来讲都和煤油发动机差不多少,spacex为了提高比冲采用了全流量补燃循环,超高室压,也只能把比冲提高到330秒的水平,依然距离液氢太远,但全流量高压那种复杂的发动机并不便宜,还需要高温合金才能造出来
4真空比冲 极限380 距离氢氧的460差的太远,这样带来的规模增大导致干重增加,直接结果就是c3越大运力下降越快
5积碳 很多人说甲烷发动机没有积碳,这不一定只要是含碳燃料在特定工况环境下都会产生积碳,而富氧补燃煤油发动机根本没有积碳,相反燃气发生器甲烷机也可能产生积碳
6国内产品研发现状 国内对甲烷发动机烟机并不深入,只是在77基础上弄过测试机,对于补燃甲烷一直是雷声大雨点小,之前提过百吨级补燃甲烷,最新的200吨级全流量补燃,但是真要落实太难
7相关地面设施,甲烷属于低温燃料,加注过程中产生的气态甲烷都需要烧掉,而煤油是常温燃料不需要这套设施

总结:地面不如煤油,高空不如液氢,还是温室气体
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发表于 2019-3-31 23:08 | 显示全部楼层
甲烷不结焦,况且在太空耐储存,氢在太空容易逃逸
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发表于 2019-3-31 23:36 | 显示全部楼层
发展甲烷是不是由于在其它天体发现有大量甲烷,容易采集返回的燃料
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发表于 2019-4-1 01:45 超大游击队员 | 显示全部楼层
我们把温室气体烧掉了,是不是应该倒找俺们钱
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发表于 2019-4-1 07:24 | 显示全部楼层
温室气体不是理由。民用每天烧天然气这么大的量,火箭烧点算个啥。
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发表于 2019-4-1 07:28 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

孤岛田橫 发表于 2019-4-1 01:45
我们把温室气体烧掉了,是不是应该倒找俺们钱

你这样说,他也这样说,大家都这样说,那谁出钱呢?
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发表于 2019-4-1 07:35 超大游击队员 | 显示全部楼层
全流量分级燃烧跟高温合金有啥必然联系?富氧燃烧和富燃燃烧温度都不高
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发表于 2019-4-1 11:42 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

OwO 发表于 2019-4-1 07:24
温室气体不是理由。民用每天烧天然气这么大的量,火箭烧点算个啥。

嗯,就像在村里打个屁并不会对村里环境造成污染一样。那些说破坏地球环境的真是矫情
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发表于 2019-4-1 11:50 超大游击队员 | 显示全部楼层
楼主你家不用天然气吧?如果用了赶紧拆了,买煤烧,买柴火烧饭,那个香啊
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发表于 2019-4-1 13:40 超大游击队员 | 显示全部楼层
工程就是个综合妥协的过程,这恰恰显得选择甲烷的正确性。
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发表于 2019-4-1 13:49 | 显示全部楼层
俄罗斯目前在尝试萘基燃料代替此前的煤油。
https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2534881&extra=

另外俄罗斯的观点还有:“天然气火箭需要解决炭黑的问题,这种燃烧不完全而产生的黑色粉末会破坏发动机的涡轮叶片和管道。这对于一次性火箭来说不是问题,但不符合俄罗斯未来对火箭进行重复利用的设想。    ”
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发表于 2019-4-1 22:02 超大游击队员 | 显示全部楼层
同意楼主观点,甲烷机30年代德国人就做出来了,以后各国都有论证,结论是液氧甲烷的密度比冲比液氧煤油低很多,做起飞级发动机不如液氧煤油发动机,甲烷的质量比冲又比不上液氢,做上面级又比不上液氢,就是个半吊子,所以各国航天国家队都没发展。最近几年液氧甲烷被贝索斯和马斯克以重复使用和星际航行炒起来了,国内的民企瞎跟风。
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 楼主| 发表于 2019-4-1 22:13 超大游击队员 | 显示全部楼层
hijjjj 发表于 2019-4-1 22:02
同意楼主观点,甲烷机30年代德国人就做出来了,以后各国都有论证,结论是液氧甲烷的密度比冲比液氧煤油低很 ...

苏联俄罗斯没少搞过甲烷研究,最后都放弃,就是个不上不下的燃料
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发表于 2019-4-1 22:16 超大游击队员 | 显示全部楼层
日本人想把LE7氢氧机改甲烷机,折腾好几年也放弃了。贝索斯,马斯克搞液氧甲烷发动机都10年了,还没成功,国内一帮跟风的民企不知要搞几年
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发表于 2019-4-1 23:43 | 显示全部楼层
甲烷机复用最合适,而且比氢氧机便宜太多了。比冲虽然没氢氧高,但性价比很高。
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发表于 2019-4-2 01:29 超大游击队员 | 显示全部楼层
甲烷唯一的优势就是可能具有较低的成本,作为一种易于的制备储存燃料,甲烷机的技术门槛也并不高,然而几十年来各航天大国没有一个真正实用的型号,原因很清楚了。
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发表于 2019-4-2 09:54 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

宇宙神2 发表于 2019-4-1 23:43
甲烷机复用最合适,而且比氢氧机便宜太多了。比冲虽然没氢氧高,但性价比很高。

然俄的说法相反:
“天然气火箭需要解决炭黑的问题,这种燃烧不完全而产生的黑色粉末会破坏发动机的涡轮叶片和管道。这对于一次性火箭来说不是问题,但不符合俄罗斯未来对火箭进行重复利用的设想。    ”
我不止一次看到。
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发表于 2019-4-4 13:19 | 显示全部楼层
甲烷有个好处就是同级别发动机通用性比液氧煤油有些优势,而液氧甲烷非常容易发展共底技术,这对于降低火箭高度,提高干质比还是有利的,貌似液氧和液态甲烷就差了20摄氏度?
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发表于 2019-4-4 13:58 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

camel54 发表于 2019-3-31 23:36
发展甲烷是不是由于在其它天体发现有大量甲烷,容易采集返回的燃料

只有气态巨行星的有天然甲烷的,怕是你下得去,上不来。甲烷不是那么容易拿到手的。
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发表于 2019-4-4 14:08 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

甲基丙烯酸甲酯 发表于 2019-4-1 13:49
俄罗斯目前在尝试萘基燃料代替此前的煤油。
https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2534881& ...

美国实验过甲烷和液氧多种比例燃烧状况,富燃富氧的都有,大部分都不存在积碳问题。复用火箭只要采用无积碳的比例就行了。
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发表于 2019-4-6 09:11 超大游击队员 | 显示全部楼层
autotranslator 发表于 2019-4-4 14:08
美国实验过甲烷和液氧多种比例燃烧状况,富燃富氧的都有,大部分都不存在积碳问题。复用火箭只要采用无积 ...


改变燃料比例很多参数都要随之改变,,最终还要影响结构,,有钱可以不停测试直到最终可用如土星五号的F1。如果没钱,几次试验不理想就得下马!
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发表于 2019-4-6 11:03 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

orbit 发表于 2019-4-1 22:13
苏联俄罗斯没少搞过甲烷研究,最后都放弃,就是个不上不下的燃料

确实,鹅毛可是液氢-甲烷-液氧三元推进剂火箭都玩过的,说鹅毛没在甲烷机上下过功夫那是不对的。
鹅毛当初其实在液态燃料火箭发动机上真是很能折腾。
就是这些年没钱,折腾不动了而已。
鹅毛在火箭发动机技术上有一点比美国可取——技术延续性好。
比如联盟那个老家伙一直用到现在,看看美国从亚轨载人航天到现在换了多少载具?换了多少发动机?
N-1的NK-33的技术也一直发展,而神器RD-170则砍一半发展成了RD-180,不仅自己用,后来还能出口美国。
看美国人,就尴尬了,F-1随着土星5的停产也停产了,队伍解散,模具和特殊工具销毁,纸图基本销毁,仅保留缩微胶卷翻拍的纸图和工艺文档,但是一线工程师和技工手上的笔记和简图基本上都散失了。所以很多人问为啥不复活F-1......
其实现在不要说F-1这种植根于60年代技术和工艺生态体系的恐龙,就是刚刚停产“没多久”的F-22要重新组织生产都是非常困难的。以前没现在这么牛的数控铣、3D打印等加工技术,所以很多部件只能化整为零,做小构件然后再焊接成大部件,这些焊接和焊接前的修配多是手工完成,几乎没有两台F-1是一样的,所以一线的临场经验非常关键,这些都没了,复刻就很不现实,更何况,如今搞那么庞大的高级焊工队伍也非常的不现实。
所以如果要复活F-1只会基于先进的设计加工技术生态结合当年的成果和经验,搞新发动机。
这样反倒更容易也更快。当年没有计算机辅助设计,计算机都很原始,所以要大量的搞实验,结果就是F-1多次炸台......
实际上按照上面思路搞的F-1A,预期能实现800吨的海平面推力,零件数量也可大幅削减,减重更不在话下,比老F-1不知道强到哪里去了。
所以秉承小步快跑,在阿波罗计划终止后沿用F-1技术并不断改进或许是更多快好省的一条路,但是美国人就是直接废了F-1,航天飞机直接选择固推加大氢氧的方案.......

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发表于 2019-4-6 11:20 | 显示全部楼层
俄国人的发动机是延续了,但是项目却不延续不出成果,这个更致命
说登月吧,俄国人也是搞了NK33发动机,搞了N1火箭,美国人搞了F1发动机,土星5火箭,双方都是投入巨大资源
但是美国人登月了,俄国人没有,基本没一点效益

说航天飞机吧,俄国人也是搞了RD0120液氢液氧发动机,RD170液氧煤油发动机,能源火箭和暴风雪航天飞机,
美国人搞了SSME液氢液氧发动机,固体助推火箭,航天飞机
但是最终美国的航天飞机系统运转了30年,一百几十次发射,发射和维修了哈勃望远镜,组建了国际空间站等,成绩辉煌,而俄国人直接废弃了,基本没一点效益。

联盟火箭是很稳定,但毕竟是一款小火箭,只能发射中小载荷, 美国人的小火箭其实也蛮稳定,德尔塔2就服役了很久。变的快的其实主要是大火箭,从大力神火箭,转变到了宇宙神火箭和德尔塔4系。
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发表于 2019-4-6 11:22 | 显示全部楼层
说来说去反正就是我比马斯克更理智系列,话说你这段时间看来在这跳得挺欢?

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发表于 2019-4-6 11:41 | 显示全部楼层
虽然你发帖已经很勤奋了,但目前来看你在这的这些“努力”,好像还没对SpaceX的发展造成哪怕让他们掉了一根汗毛的作用,,所以我建议你再加把劲,每天起码再发他20个各种贬低SpaceX的贴,争取感动上天,然后或许有某神仙来帮助你来阻挡SpaceX的发展步伐

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发表于 2019-4-6 11:55 | 显示全部楼层
以后直接用民用天然气发射的火箭量产的时候  ,其他燃料只能用于特种发射了
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发表于 2019-4-6 12:03 超大游击队员 | 显示全部楼层
甲烷是温室效应气体,所以你家千万别用啊!
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发表于 2019-4-6 12:04 超大游击队员 | 显示全部楼层
甲烷是温室效应气体,所以你千万别用啊!
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发表于 2019-4-6 16:56 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

zhangjichun 发表于 2019-3-31 23:08
甲烷不结焦,况且在太空耐储存,氢在太空容易逃逸

先不说光头贝,对于蚂蚁笼来说甲烷/液氧是不二之选,因为BFR/BFS去火星要有一次低轨加注燃料,长时间深空航行必然还是低温燃料好,但是液氢在太空安全转移的难度未免大了些......
至于说要比冲又要比冲密度,两手抓,两手都要硬......
那干脆三推进剂得了。
其实在液氧煤油机燃烧室内引入氢气,对比冲的提升还是很明显的,一度三元推进剂火箭也被认为是确保单级入轨的重要技术。
https://en.wikipedia.org/wiki/Tripropellant_rocket
当然不要脸可以搞F2做氧化剂,H2/F2火箭理论比冲接近500,如果再加入Li,直接过500......
https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-94-011-7551-7_12
当然只想性能不要环保,那直接猎户座那样靠核弹上天就行了。
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发表于 2019-4-8 03:26 超大游击队员 | 显示全部楼层
德梅因 发表于 2019-4-4 13:19
甲烷有个好处就是同级别发动机通用性比液氧煤油有些优势,而液氧甲烷非常容易发展共底技术,这对于降低火箭 ...

这个优势相对液氧甲烷自身,是优势。相对液氧煤油,就不是了。
液氧甲烷组合的密度小于液氧煤油的,同样质量推进剂中,液氧甲烷火箭的体积更大,也就是干重更大,这样干质比就低了。

好像液氧甲烷即便使用共底,同样条件下干质比也只是和液氧煤油的不共底差不多,或者更低一点。
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发表于 2019-4-8 03:27 超大游击队员 | 显示全部楼层
白云居士 发表于 2019-4-6 11:20
俄国人的发动机是延续了,但是项目却不延续不出成果,这个更致命
说登月吧,俄国人也是搞了NK33发动机,搞 ...

都是没钱闹得
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发表于 2019-4-8 03:32 超大游击队员 | 显示全部楼层
orbit 发表于 2019-4-1 22:13
苏联俄罗斯没少搞过甲烷研究,最后都放弃,就是个不上不下的燃料

俄罗斯是没钱投入新发动机。
如果有钱,人家不一定要选煤油。就如它的登月火箭,有一段时间,它可是定的液氧甲烷发动机的。只是没钱,选择了不需要再投大钱的煤油系RD-170。
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发表于 2019-4-8 03:35 超大游击队员 | 显示全部楼层
camel54 发表于 2019-3-31 23:36
发展甲烷是不是由于在其它天体发现有大量甲烷,容易采集返回的燃料

这是糊弄人的说法,跟月球氦3一样,仅仅是理论可行,实际工程运作中,问题还很多。
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发表于 2019-4-8 09:45 超大游击队员 | 显示全部楼层
xh44 发表于 2019-4-8 03:32
俄罗斯是没钱投入新发动机。
如果有钱,人家不一定要选煤油。就如它的登月火箭,有一段时间,它可是定的 ...

正在尝试合成的萘基燃料,可能直接代替煤油。或火箭只需要小改。
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发表于 2019-4-8 13:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
甲基丙烯酸甲酯 发表于 2019-4-8 09:45
正在尝试合成的萘基燃料,可能直接代替煤油。或火箭只需要小改。


知道。
有一些高能煤油,比冲比现在普通航天煤油高10秒左右,达到了甲烷的比冲性能。但这些东西一来成本贵,起飞级不适用,只好少量的用于上面级。
二则,这些高能煤油往往有自身缺陷,比如有一种高能煤油,可承受温度只有300多摄氏度,比普通煤油低了大约300摄氏度。这样这种高能煤油的冷却性能就不行了。

而推进剂的冷却性能是制约发动机室压的一个关键因素,无论泵功率再大,压头再高,冷却性能一定,室压就有天花板,超过天花板,就会因冷却能力不足而炸推力室。
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发表于 2019-4-8 18:58 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

xh44 发表于 2019-4-8 03:35
这是糊弄人的说法,跟月球氦3一样,仅仅是理论可行,实际工程运作中,问题还很多。

在可见的未来,就地取材的可能为零,是这个意思不
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发表于 2019-4-9 00:12 超大游击队员 | 显示全部楼层
camel54 发表于 2019-4-8 18:58
在可见的未来,就地取材的可能为零,是这个意思不

那也不一定,但没人们说的那么容易。
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发表于 2019-4-9 15:08 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

hijjjj 发表于 2019-4-1 22:02
同意楼主观点,甲烷机30年代德国人就做出来了,以后各国都有论证,结论是液氧甲烷的密度比冲比液氧煤油低很 ...

并不是,甲烷作为低成本火箭还是很有优势的,这个也是民企选择的原因。第一甲烷液氧的比热比较大,火箭的保温措施相比于氢氧箭减少很多,大幅度提高干质比.第二航天煤油可不便宜,饱和度要高,含硫量要低,分子结构的要求也是极高,甲烷机的燃料相对宽泛,从天然气中提纯也很容易,后期msk甚至计划使用简单提纯的LNG作为燃料,者也是很大一笔开支。第三就是两者密度,沸点都很接近,共底储箱设计容易,整箭设计不需要对二者储箱做针对性设计。以前的航天的发展属于国家队,只求技术上实现的难易与稳定性,其次考虑性能,最后考虑价格,毕竟人家还是不差钱的。在衡量比冲时我们通常会关心密度比冲,或者质量比冲。对于民企首要就是赚钱,所以人家优先考虑的是钞票比冲
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发表于 2019-4-9 17:18 | 显示全部楼层

RE: 不建议发展甲烷发动机......

我记得火星有大量甲烷好像
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发表于 2019-4-10 06:25 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 hijjjj 于 2019-4-10 07:53 编辑
xszxcht 发表于 2019-4-9 15:08
并不是,甲烷作为低成本火箭还是很有优势的,这个也是民企选择的原因。第一甲烷液氧的比热比较大,火箭的 ...


甲烷的比热大和火箭的保温措施有什么关系?甲烷的比热大的好处是它作为一种冷却剂冷却推力室效率高。航天煤油的价格也不贵,一吨一万块,甲烷5000块,火箭推进剂成本只占火箭总成本的千分之几,对火箭成本影响的权重很小。目前研究发现甲烷的含硫量对推力室和管路有不良影响,甲烷用于航天可能也需要提纯,成本也会上来一些。从商业角度看,中国的初创民营火箭企业,一窝蜂搞甲烷机风险极大,毕竟人类从来还没有甲烷机真正飞过,前面有什么坑都不知道,贝索斯和马斯克的甲烷机都快十年了还没搞定,中国弱小的民企能撑十年只花钱没收入吗?贝索斯和马斯克自己是大富豪有的是钱,NASA还给钱支持,已经是美国国家队的待遇。马斯克是公司成立多年后,有牛逼的液氧煤油发动机在手,有强大的团队和高强度的投资才上的甲烷机,中国民企靠一点社会资本,几杆破枪几个人刚成立就敢上技术积累很少的甲烷机,只能说对投资人的钱不负责,风险极大。而且甲烷机从性能上对煤油机也没有什么优势,液氧甲烷的密度比冲比液氧煤油低23%,所以同样运载能力的甲烷火箭一定比煤油火箭更大更重。在重复使用能力上,煤油火箭是目前唯一经过验证的火箭,猎鹰Block5一级火箭已经能够简单检测重复使用10次,24小时內重复发射,全生命周期重复使用100次。国内民企就是瞎跟风,看马斯克搞了他们也搞,不看自己的技术实力,技术积累,资金水平,没有商业头脑,商业上的成功不看你技术多新,看产品顶用不顶用,看你能不能快速稳妥地把液体发动机搞出来尽快投入商用获得现金流,创业公司先活下来再说别的,小公司没资格谈战略,在中国民企创业的这个阶段,甲烷机就是个噱头,忽悠不懂航天的投资人的。中国航天国家队,包括世界各航天大国80-90年代都密集研究过煤油,甲烷,乙烷,丙烷等烃类火箭燃料,最后都选择了煤油路线和氢氧路线,中国航天国家队坚定选择煤油路线,到2030年后登月和火星探索都是依靠YF480大型液氧煤油发动机,中国国家队的第一型重复使用火箭也将在长征8号液氧煤油火箭上实现。马斯克近年扯星际航行和重复使用才把甲烷炒起来的,他搞全流量补然甲烷机和美国在补然煤油机没有积累也有关系,美国冷战后ULA都靠进口俄国高压补燃煤油机撑着。
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