火箭垂直回收试验成功!中国版的“猎鹰9”号还会远吗?-福建都市网
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火箭垂直回收试验成功!中国版的“猎鹰9”号还会远吗?

2020-01-17 10:42:51 来源: 阅读:1
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文/周郎

前天有件大事发生,是什么事呢?

29号,中国版的“猎鹰9”号的运载火箭垂直回收试验成功(本次试验测试的是飞控系统)!

(图截:大公网)

说到火箭回收技术,大家应该不算陌生吧,其实简单来说就是发出去的火箭收回来反复利用。详细点说,运载器从地面起飞完成预定发射任务后,全部或部分返回着陆,经过检修维护与燃料加注,可再次执行发射任务。

航天科技集团的专家表示,这个回收技术目前主要有三种 :第一种是降落伞垂直下降方式,就是在火箭分离后先进行空中制动变轨,等它到了地球大气层的返回轨道时,在低空采用降落伞减速,最后靠气囊或用缓冲发动机着陆(我国之前较为常用的方式)。

第二种是动力反推垂直下降方式,简单来说就是当火箭分离后,回收的部分会因为自身巨大重量在引力作用下,快速下降,这个时候会先开启部分发动机,减缓下降速度,等到达低空附近,会基本打开所有发动机反推减速,以垂直下降方式降落地面。我国这次成功的试验与美国“猎鹰9”火箭采用的就是这种方案。

第三种是滑翔飞行水平降落方案,即箭体采用翼式飞行体,在变轨制动后,火箭像飞机一样水平降落返回地面。

(图源:spaceX)

虽然我国这次垂直回收试验成功,但对比起SpaceX这个已经实现火箭海陆双回收界的明星,技术还是显得不成熟。

(图截:YouTube/Atkins YK)

今年2月,SpaceX的超过20层楼高的重型猎鹰火箭首次发射成功了!它不仅带着酷炫红色特斯拉跑车成功上天,而且成功地回收了两枚助推火箭。

就在本月初SpaceX又实现了西海岸陆上火箭回收,这次还是把之前回收的“二手”猎鹰9号火箭从位于美国西海岸的加利福尼亚州范登堡空军基地又送上了天。掰指头来回数一数,这是猎鹰9号火箭的第62次成功发射,是该公司第12次完成火箭一级助推器的回收。

(图截:YouTube/Atkins YK)

除了已经大放异彩的SpaceX,美国的联合发射联盟(ULA)还一直在研究一种SMART的回收方案,全称即“明智的模块化自主返回技术”。

通俗易懂的说,他们认为SpaceX搞得还是不够精明,在他们看来,发动机才是真正值钱的大件,只回收发动机就行。分离过程大致是在两次分离后,只剩下需要回收的发动机组合体,而这个组合体里的降速缓冲器再被利用后也会被“抛弃”,剩下“降落伞”带着发动机降落,检修完成后再投入使用。

都8102年了,美国又开始筹备自己太空军了,有能力的国家都想航天科技榜上有名。除了“领先地位”的美国,和“小有成就”的我国,怎么能少了老牌航空强国和发达但较为低调的日本呢。

俄罗斯在运载火箭回收方面也是折腾多年。早在苏联时期就尝试过采用降落伞回收气象小火箭MR-1并取得了成功,而且在修复后还实现了复飞!

(图截:HOBOCTN)

除了伞降,脑洞大开的战斗民族还开发了带翼回飞式的助推器降落方式,简单点说就是助推器上会有类似机翼一样的伸缩翼,等到“关键时刻”就展开双翼,缓冲滑翔降落。不过这个技术最后因为降落时大气环境和当时技术等原因最终还是中止了。

(图截:vikivividly)

可是战斗民族怎么会轻易认输呢!俄罗斯卫星通讯社9月20号就报道,俄罗斯将在未来四年内在俄国内开发出一种全功能的火箭回收级的原型,预计将在明年上半年正式启动。该项目命名为“Wing-SR”,而这次带翼回收火箭将能够以超音速返回太空中心。

(图截:俄罗斯卫星通讯社)

日本的垂直回收火箭的技术,其实一直在“悄悄”进行着。宇宙航空研究开发机构(JAXA)将于2019年春季启动可反复飞行的重复利用型火箭的起降试验。该机构还“夸下海口”要使得最终火箭发动机等主要设备可以重复使用100次以上,主要用来发射观测设备,力争2020年以后就投入使用。

为啥大家都开始“抠门”起来呢?

最主要的原因还真的就是为了减少成本,我们来简单算笔账,拿猎鹰9号来举例,它的发射成本报价6100万美元,有些专家推测,猎鹰9号一级9台发动机的总成本达900万美元,第二级发动机外加导航制导控制系统的总成本可能在2000万美元以上。而燃料部分价值不过20多万美元而已。

如果可以尽可能的回收,那么这个成本将会大大下降。

(图源:Russian Defense Ministry)

成本降低,更多的发射探测器等可以进入宇宙,对于人类的航天事业和宇宙探索也是好处连连。同时可以把剩下的钱用于其它研究,这是勤俭节约,利益更大化呀!

同时这个过程也促使航天科技革新,它又能给其它领域或者项目带来技术的进步,或者是灵感,从而横向带动整个行业的发展。

老师和家人总会劝我们多学习,多掌握一点技能,以后工作学习生活都能用得到。同样,拥有这个技术的国家也是“倍有面儿”加上“倍有胆儿”。

所以在火箭回收等航天科技方面,我们更应该清醒头脑,前进的道路还很漫长,还要“静下心”来克服,最终用硬实力说话,才能越来越少被卡脖子!

来源:百家号                                                                     时间:2018-10-31

美国科技大亨伊隆·马斯克(Elon Musk)创办的火箭公司SpaceX,即将发射孟加拉国首颗地球同步通信卫星Bangabandhu-1。然而,航天爱好者们更多关注的却是SpaceX的全新火箭,即SpaceX最强大、可重复使用次数最多、迄今为止最便宜的猎鹰9号火箭,它也被称为Block 5。

SpaceX首枚猎鹰9号Block 5火箭正被安装在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射台上

Block 5的发射原定于美国当地时间周四晚上进行,但是在倒计时不到一分钟时,飞行计算机故障导致发射延迟。SpaceX宣称正在寻找问题根源,并可能在周五再次尝试发射终极版猎鹰9号火箭。

猎鹰9号是SpaceX公司最常用的运载火箭。事实上,在过去的8年里,有超过50枚猎鹰9号火箭发射升空。它们为国际空间站运送了大量补给设备,并将数十颗商业卫星送入轨道,甚至发射了机密军事载荷。

然而,在过去10年里,SpaceX的工程师们始终在不断改进火箭,为其增加新功能,提高效率,增加动力。但马斯克表示,Block 5将是猎鹰9号的“最终版本”,之后SpaceX将转向研发更大的火星火箭。

SpaceX尚未公开发布新火箭的任何官方规格,其代表也没有回应记者置评请求。然而,在过去一年左右的时间里,马斯克和SpaceX总裁兼首席运营官格温·肖特威尔(Gwynne Shotwell)已经描述了许多改进。

下面是美国主流网络媒体BI对之前的大量报道进行汇总,列出了猎鹰9号系列火箭的进化历程以及未来展望。

2017年1月14日,一枚猎鹰9号火箭发射升空

更强大的推力

对于任何火箭来说,评判其是否强大的一个关键指标就是发射力(或称推力),特别是火箭的最大部分,也称为第一级或助推器。

2010年6月份,SpaceX制造的首枚猎鹰9号火箭接近55米高,其助推器的9个引擎可以产生近5000千牛顿的推力,大致相当于2.75头成年蓝鲸跃起的力量。

大约10年后,猎鹰9号“全推力”版出现在SpaceX机库中。这枚火箭有70米高,能够产生超过7500千牛顿的助推推力。

然而,随着引擎升级到Merlin 1D,Block 5的推力更加强大。马斯克在2017年3月猎鹰9号发射后表示:“Block 5最重要的部分就是发动机的全推力,将比目前的火箭提升大约10%左右。”

更重的有效载荷

:猎鹰9号火箭的整流罩正在美国宇航局(NASA)格伦研究中心进行测试

推力的增加可能有助于提高一个重要的指标,即有效载荷质量。最初的猎鹰9号火箭可以发送10433千克有效载荷进入低地轨道(距离地球约400公里)。而新版火箭的有效载荷质量可能会超过22680千克,几乎增加1倍,不过助推器可能会毁掉。

但是,回收助推器是马斯克大幅降低进入太空成本的关键,因为每个助推器约占猎鹰9号火箭总成本的70%。Block 5更强大的推力(以及其他改进)将帮助助推器获得更大的有效载荷质量,同时为回收助推器提供更多燃料,从而提高回收的成功率。

更多重复使用次数

猎鹰9号火箭助推器上使用的钛格翼

到目前为止,SpaceX重复使用二手猎鹰9号助推器的次数还未超过2次。原因是16层楼高的助推器会以每小时数千公里的高速从太空边缘冲入地球大气层,这会导致其被加热并部分磨损。助推器必须经过彻底检查,部件也经常因为损坏需要翻新或更换。

为了使助推器更耐用,Block 5将使用热保护涂层代替油漆。工程师们还增加了对火箭尾部的防护,以更好地保护更重的昂贵引擎。而助推器的钛格翼是由钛合金而非铝合金制成的,在重新进入大气层时不会融化,从而引导它像跳伞者的手臂和腿一样着陆。

马斯克在2017年3月份时曾表示,每个Block 5的助推器在不更换主要部件的情况下至少可飞行10次,不过随后可能需要更多地翻新。他说:“适度的翻新不会对成本产生重大影响,它至少可以被反复发射100次。”尽管他也声称新的助推器“几乎可以无限使用,只要进行定期维护和仔细检查”。

发射周期更短

在猎鹰9号助推器着陆后,它需要几个月的时间才能再次重新返回发射台。但马斯克表示,Block 5就是为“易于重复使用而设计的”,发射周期只需几周的间隔。

为了实现这个目标,SpaceX的工程师们在容纳引擎的关键结构上使用螺栓连接,这个关键结构被称为环形排列(Octaweb),没有就地焊接方法,这有助于更快的检查和翻新工作。而且,最重要的着陆腿将会收缩,所以它们不需要在运送回机库时被移除。

发射成本更低

可重复使用的助推器能够更频繁的发射,这可以大幅减轻为另一次发射任务准备的整体工作,从而为SpaceX节省大量开支。

目前,SpaceX对每次猎鹰9号发射任务的收费约为6200万美元,其中助推器占了总成本的70%,这意味着每次重复使用可以节省数千万美元。SpaceX还计划回收600万美元的火箭整流罩,利用降落伞将它们送回地球。

马斯克甚至提出“派对气球”的解决方案来回收第二级火箭,它的成本也高达数百万美元。这些方法都能帮助SpaceX大幅降低成本,增加收入。这些节省的成本也可返还给那些愿意使用二手助推器的客户,尽管SpaceX还没有公布它可能提供多少折扣的细节。

NASA/美国国防部将更热衷于与SpaceX合作

不过,Block 5的大多数改进都是为了满足美国宇航局(NASA)的要求,SpaceX希望能将其宇航员送入轨道。SpaceX总裁兼首席运营官肖特威尔曾说过:“这款火箭大概接受了100多项改进。”

其中有些改进包括提高泵机的抗裂能力,以及重新设计的氦气箱,后者曾导致2016年9月份的发射试验发生爆炸。其他改进旨在使火箭变得更强大,以更好地执行国家安全发射任务。

美国宇航局要求猎鹰9号Block 5火箭首先实现7次成功发射,之后才允许其宇航员搭载SpaceX的火箭和龙飞船前往国际空间站,这是SpaceX在年底前就想尝试的事情。

如果天气情况良好,Bangabandhu-1和首枚猎鹰9号Block 5火箭将于美国当地时间5月11日下午4点14分在佛罗里达州卡纳维拉尔角起飞。 (编译/金鹿)

来源:腾讯科技                                                                     时间:2018-05-11

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