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SpaceX又想玩大的:把回收火箭再送上天

时间:2017年03月27日 信息来源:深圳商报 点击: 【字体:

“猎鹰9号” 发射回收流程


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◀正在出厂的猎鹰9号火箭。 本版图片均为资料图片


“科技狂人”埃隆·马斯克的SpaceX是最成功的民间太空公司之一,以发展可回收的火箭“猎鹰9号”而闻名。SpaceX公司在多次回收猎鹰9号火箭后,计划下一次太空任务启用已经飞行过一回的猎鹰9号火箭来执行,这将是降低太空运输成本的关键测试。


回收为“省钱”


SpaceX总裁兼首席运营官葛文·肖特维尔日前在2017年太空行业会议上表示,SpaceX将在3月底之前,进行一次运送人造卫星上太空的任务,而这一次使用的火箭将是第二次发射。据悉,这枚猎鹰9号火箭将携带一枚卢森堡的通讯卫星。


猎鹰9号属于中型运载火箭,运载能力与中国长征7号火箭相近。猎鹰9号于2010年6月4日完成首次发射,直到2016年4月9日才完成真正意义上的海上回收。


回顾猎鹰9号的回收历程不难发现,其失败次数远多于成功的次数。SpaceX公司明知回收火箭的难度极高,也要不断尝试的最大原因,就是考虑到商业航天的经济性。


据国际航天专家估算,目前将1公斤物品送入太空的成本至少为1万美元,重要原因就是发射航天器的运载火箭是一次性使用的。猎鹰9号火箭的总造价约为5000万美元,而其推进剂的成本只有20万美元。如果能重复使用,就可以大大降低成本。如果能回收并重复使用第一级,可节省80%的资金;如果第二级也能回收并重复使用,发射成本将降至当前的1%。


从大方面说,只有解决了回收再利用难题,才能让大型航天器便捷地驶入更加遥远的太空。从应用层面说,如此力压成本可使人造卫星的研制费用便宜得多;回收火箭还能保障地面人员和财产安全,有利于保护环境。


垂直回收难度高


在可重复使用火箭技术领域,包括俄罗斯、中国在内的多个国家都在开展探索,但探索的方式和途径不同。目前国际上提出的火箭回收方式包括伞降回收、气囊回收等。


SpaceX采用的垂直回收方式是其他国家及航天公司从来没有用过的,它既不像航天飞机那样水平回收,也与航天飞机助推器借助降落伞回收不同。


在太空探索技术公司创始人、首席执行官埃隆·马斯克的构想中,不论是NASA或是民营公司都不应该任由液体燃料火箭成为一次性使用的物品,因此他要求SpaceX公司的工程师们打造浮动的海上火箭降落平台(ASDS),并研究液体燃料火箭在发射任务后“如何自动并垂直降落于降落平台”的技术。


该平台由于可以移动也被称为“自主航天港无人驾驶船”,长91米,宽52米,装有可移动平台的推力器,这个在深海钻井平台基础上改进而成的平台即使遇到风暴,其位置保持精度也能控制在3米以内,它还具备为返回的第一级火箭加注燃料的能力,以便重复使用。


这项回收技术的困难度在于,猎鹰9号火箭高度约14层楼,爬升时的速度达1600米/秒,要让直线上升的火箭“毫发无伤”地垂直下降,按照技术人员的说法,这犹如“狂风中让橡胶扫帚柄直立于手掌上”。


其次,SpaceX公司之前曾让完成任务的燃料火箭成功降落在10公里宽的目标区内,但ASDS的降落面积极为有限,意味着难度更大。


最后,位于海中的ASDS并没有固定,要降落的燃料火箭必须借助引擎保持下降时的平衡与稳定。


海上回收有优势


猎鹰9号火箭在过去数年曾多次实现陆地成功回收,却在挑战海上回收任务频繁遭遇失败,甚至曾出现火箭和回收平台“同归于尽”的情形。


相比较陆上回收,海上回收平台(驳船)甲板面积很小,回收对火箭落点精度要求非常高。另外火箭垂直返回海面,对姿态控制要求较高,复杂海况如天气、海浪等也会对火箭着舰稳定产生影响。那么问题来了,马斯克为何执着于火箭的海上回收?


这是因为海上有陆地回收不具备的优势。


各国发射的火箭几乎都是向东飞行,飞行过程中子级火箭分离时运行轨迹都在斜上方,分离后子级火箭会继续向斜上方飞行一段距离,随后沿抛物线自然落下,其落点位置要比分离时更远离发射场。


海上回收使火箭不需要消耗宝贵的燃料飞回陆地着陆场,直接自然降落即可,驳船可以提前在火箭落点位置停泊等待,火箭可以将剩余燃料消耗在最重要的降落减速上,确保着陆成功。


看到这些优势,屡败屡战的SpaceX工程师们并未因一时的失败而止步,不断尝试,终于在去年迎来了成功。


北京时间2016年4月9日凌晨4时52分,猎鹰9号搭载龙飞船顺利升空,一级火箭助推器分离之后,再次尝试难度极高的海上回收任务。在此前多次尝试失败后,一级火箭稳稳降落于名为“我依然爱你”的海上平台,完成历史性突破。


猎鹰9号一级火箭的回收技术以着陆支架、姿态控制技术、推进剂交叉供应和高效发动机为亮点。火箭可通过主发动机3次点火制动减速,来控制下落速度,由每秒1300米减速为每秒2米。


对猎鹰9号海上回收成功,埃隆·马斯克欢呼:“这是通往星空的又一步。”美国商业太空飞行协会发表声明说,快速可重复使用的火箭是更经济可行的未来太空飞行的关键,今天的成功是在这个领域“迈出的一大步”。


有信心再创历史


成功完成火箭海上回收将近一年之后,SpaceX宣布,计划最早在3月29日进行已回收火箭的历史性发射,而这枚发射所使用的火箭,正是去年4月成功在海上回收的猎鹰9号。在完成发射通信卫星到地球同步轨道后,这枚火箭将第二次尝试着陆在海上平台。


在此之前,SpaceX已经在陆地和海上回收了6枚以上的火箭第一级,但至今还没有演示火箭的重复使用能力。


这些成功回收的猎鹰9号火箭,并没有再上过太空。因为火箭再经过使用后,残余的燃料与火箭飞行的巨大震动,会不会影响火箭的安全可靠性都是问题,因此许多火箭工程师对于火箭重复使用并没有信心,不过显然SpaceX自认已经做好准备。


据悉,这枚回收后的火箭最早于3月29日发射。这枚回收再利用的猎鹰9号火箭将把卢森堡卫星运营商SES SA的一颗卫星送入轨道。


肖特维尔说:“SpaceX公司一直致力于火箭的可重复使用性能,为了真正落实这一点,我们经过仔细的检查,已经确定这枚火箭已经准备好再次飞行。一旦这次任务成功,太空运输将会向平价化方向发展。”


肖特维尔还称,继3月的发射之后,SpaceX今年还将进行5次已回收火箭的发射任务。


亚马逊CEO、太空探索公司“蓝色起源”创始人杰夫-贝索斯也认为,火箭可重复使用是降低太空旅游成本的关键。


贝索斯称,未来的太空旅游模式应该与当前的民航类似。他说:“如果当前的民用飞机在到达目的地后就废弃而无法使用,那么没有多少人能承受起飞机出行。”


SpaceX上个月曾表示,计划于明年发射一个搭载两名付费乘客的私人航天器,进行为期一周的环月太空旅行。这两名乘客将在今年晚些时候接受培训,并进行体能测试。此外,SpaceX还在寻求一个有利可图的全球跨越卫星网络的许可证,将地面互联网带入太空。在马斯克的构想中,这个“太空互联网”未来将是连接SpaceX火星殖民者的方式。在短期内,该系统有望为地球上最偏远的社区提供简单的互联网连接。


火箭回收、绕月飞行、殖民火星……可以说SpaceX对于太空的野心才刚刚开始,这个民营航天公司引人瞩目的原因不仅在于技术的先进性,更在于采用了不同于传统航天业的商业化运作模式。马斯克和他的各项太空计划与构想,目前对航天业的影响还没有完全显现,不过也许在将来的某个时间,SpaceX或将改变整个航天业的发展格局。


(作者:佚名)
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