北極星太空梭公司(Polaris Spaceplanes)在歷經數月和一次災難性挫折之後,終於完成了一項堪稱傳奇的壯舉:點燃了飛行中的航空火箭引信。2024 年 10 月 29 日,北極星太空梭公司在波羅的海上空進行了 MIRA II 航空器的試飛。
這架裝有火箭的飛機在四個煤油噴氣渦輪機的驅動下,按照預定的飛行路線自動飛行,然後成功點燃了 AS-1 LOX(液氧)/煤油線性氣刺火箭發動機,飛行時間三秒鐘,這標誌著有史以來首次氣動火箭飛行試驗成功完成。
這是未來更多試飛中的第一次。 據報告,北極星號的加速度為 4 米/秒,推力為 900 牛頓,機身高 16.4 英尺(5 米),重 505 磅(229 千克)。
這意味著 MIRA II 每秒的加速度約為 9 英里/小時(14.4 公里/小時),其推力足以戰勝重力,將一個 200 磅(90 千克)的人直接提升到空中。
當天中午 12 點左右,北極星公司在停機坪上成功地進行了"氣錘"火箭發動機的滾動測試,幾小時後便成功起飛。
這次飛行是在輕載燃料的情況下進行的,用時三分半鐘,飛行距離超過 6 英里(10 公里),然後返航。 在氣釘點火後,LOX 油箱出現小量洩漏,導致一個檢修艙門在大火中消失,但除此之外,MIRA II 的機身毫髮無損。
今年 5 月,MIRA I 本應進行首次飛行測試,但在起飛過程中墜毀。 北極星公司正在繼續建造更大的MIRA II 和 III。
MIRA I 號火箭在起飛時墜毀,導致 2024 年 5 月本應進行的首次太空梭火箭試驗泡湯。
MIRA II 和它的同卵孿生兄弟 MIRA III 裝有由北極星公司自行研製的 AS-1 LOX 煤油線性氣刺火箭。 雖然氣刺火箭發動機的概念已經存在了 70 年,但從未在實驗室之外使用過,也從未在飛行中使用過。
氣釘火箭的獨特之處在於,它基本上是將傳統的鐘形火箭噴嘴倒置。 它不是將排氣管封閉起來,而是形成一個向內的曲線,外側向周圍大氣開放。 選擇這種設計的原因是為了解決傳統鐘形火箭的侷限性,這種火箭經過最佳化,可以在單一高度達到最高效率。 隨著火箭的爬升和大氣壓力的減小,這些噴嘴的效率就會降低,這就需要在不同的火箭級上安裝不同形狀和尺寸的噴嘴,才能在火箭升空時有效地發揮作用。 採用氣刺設計,大氣壓力作為外部噴嘴的形狀,在所有高度上都能提供更好的平均效率。
傳統鐘形火箭與氣動火箭的對比
既然氣動火箭發動機已經存在了 70 年,為什麼我們還沒有使用過?
Rocketdyne 公司在 20 世紀 50 年代發明了這種設計。 這種設計比傳統的鐘形火箭更復雜,也更重。 它們需要更多的冷卻,因為整個發動機長度都要承受高熱。 解決這些冷卻問題的先進材料既不便宜,也不普及,而且傳統火箭已被證明是可靠的,因此空天箭的設計從未完全普及,一直停留在實驗室裡。
20 世紀 90 年代,美國國家航空航天局和洛克希德-馬丁公司開始實施 X-33/VentureStar 計劃,目的是製造一種單級入軌(SSTO)飛行器,該飛行器將採用線性氣釘火箭。 該計劃的目的是製造單級入軌(SSTO)飛行器,該飛行器將採用線性螺旋槳火箭,原型已部分製造完成,但由於複雜性和成本問題,該計劃於 2001 年再次終止。
美國國家航空航天局的概念 X-33
北極星基本上是美國國家航空航天局(NASA)的後繼者。MIRA II 和 III 是按比例縮小的演示器,最終將用於北極星公司的可重複使用太空發射和像飛機一樣執行的人機運輸系統 Aurora。 下一個要製造的是新星號,它的機身高 23-26 英尺(7-8 米),將是北極星公司瞄準極光號之前的最後一架試驗飛機。