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SpaceX成功回收火箭创造历史 打败诸多航天大国

发布时间:2015-12-23

北京时间22日9时左右,美国私营公司SpaceX的“猎鹰-9”运载火箭带着11颗卫星顺利升空。然而,人们关心的并不是它的卫星或者发射本身,而是它的第一级火箭能否顺利回收。10分钟后,答案揭晓,“猎鹰-9”的第一级火箭成功回收。这是人类首次成功回收轨道运载火箭,称得上是航天发射史上的一次里程碑事件。如果人类能掌握火箭回收与重复使用技术,未来航天发射的成本有望大大降低。

“在狂风中竖起一个扫把”

据美国媒体报道,SpaceX此次没有选择通过海上平台去回收火箭,而是直接在地面上回收。卡纳维拉尔角的LaunchComplex 1是此次火箭着陆的目标地点,未来SpaceX大部分火箭回收也将在这里完成。在此次发射之前,SpaceX曾两次尝试回收火箭,但都没有成功。

这次回收到底有多难呢?《国际太空》杂志执行主编庞之浩22日将这次回收比喻为,“在狂风中让一根扫帚稳稳地直立在手掌上”。他认为,回收火箭首先要解决火箭着陆精度问题,要能够回收到预定地点。其次,火箭要以垂直的姿态降落,必须解决姿态控制问题,越是竖长的物体,越难以控制。第三,要解决减速问题,必须是软着陆,又不用降落伞,所以只能用反向推力装置。而且,回收的过程是一个变速过程,因为火箭的燃料越来越少,所以在这个变速过程中如何始终解决好以上的几大问题,难度非常高。据介绍,可靠控制是由两部分组成的,一部分是位于火箭上端的格栅舵,另一个就是发动机本身。

庞之浩认为,SpaceX吸取了之前几次失败的教训,将以上三个方面控制得很好。同时,调高了安全系数,之前的几次发射计划都被推迟,就是要把所有可能出现的问题都解决掉,并等待最好的气象条件。还有一个重要原因,这次回收从某种程度上讲是降低了一定的难度,放弃了之前的海上平台回收,而选择在陆地回收。陆地上气象条件更好,回收面积也可以更大,平台更稳定。还有就是增加了火箭动力,从而可利用额外动力使火箭第一级在着陆平台上降落并回收。不过,在陆上降落可能意味着火箭在空中飞行更长,消耗的燃料更多。

第一枚成功回收的轨道运载火箭

严格来说,“猎鹰-9”并非第一枚实现回收的火箭,而是第一枚成功实现回收的轨道运载火箭。因为今年11月24日,亚马逊CEO杰夫·贝索斯旗下太空公司BlueOrigin成功将New Shepard火箭发射到约100.5公里的高度,火箭随后又成功返回发射场。这是全球第一个发射升空后又完好无损返回地面的火箭。

那么,相对于上述可回收火箭,“猎鹰-9”又先进在哪里呢?“猎鹰-9”的目标是将有效荷载运送到近地轨道,而New Shepard的目标只是将乘客送往亚轨道。庞之浩表示,New Shepard是试验型亚轨道火箭,无论从飞行高度还是速度都和进行轨道发射的运载火箭不是一个量级。而“猎鹰-9”是一枚成熟的业务型轨道运载火箭,如何把有效载荷安全、可靠、经济地送入轨道,是它首先要考虑的问题,回收系统必须是在经济可承受范围内的试验。而New Shepard则是一枚试验性质的火箭,可以把更多的重量放在这次软着陆上。另外,“猎鹰-9”第一级的长径比远远大于前者,控制难度更大。

一家私营公司打败了众多航天大国吗?

庞之浩22日对《环球时报》记者表示,这次一级火箭成功回收是具有里程碑意义的事件。以往的运载火箭都是一次性使用,成本很高,就好比一架波音747从纽约飞到洛杉矶之后就必须再重新制造一架。所以各国航天专家都希望能通过重复使用火箭以大大降低成本,这次算是SpaceX成功迈开了火箭回收的第一步。

庞之浩认为,这次的成功只是一个开始,意味着这项技术具有可行性,但想要真正掌握这一技术,还需要通过多次试验验证其可靠性,由成功变成成熟。一级火箭回收是第一步,接下来要验证火箭的发动机是否可以重复使用,不过美国有着回收并重复使用航天飞机的经验和技术储备。美国在掌握了这项技术之后,还将进一步验证回收二级火箭的可行性。一旦这些技术可以完全实现,将大大降低航天发射成本,使人类航天发射的最大难题得到突破。如果回收并重复使用第一级,可以降低成本80%,而如果能回收并利用第二级将可以降低成本的98%。

不过,目前回收乃至重复使用火箭仍存在不小的挑战。一次成功不代表完全掌握,距离技术成熟更有不小的距离。而火箭回收之后,能否经过简单修理,就可以加注燃料再次使用,这还需要验证,美国之前的航天飞机就是因为回收之后维修的成本太高,加之航天飞机本身的死重太大,所以不得不放弃,因此这又是一道很大的难关。除了火箭的回收技术本身以外,还要提高火箭发动机的使用寿命。目前的火箭发动机,只需要工作几十分钟,然后就弃之不用了。实现可重复使用,对发动机的结构、材料性能都是一个巨大的考验。

在SpaceX公司的火箭成功回收之后,铺天盖地的消息都是对于这种技术的赞叹,甚至有一种说法认为,马斯克(SpaceX公司CEO)这个男人“干翻”了美俄中三个航天大国,但这真的是一家私营企业独立完成的吗?看看之前接受《环球时报》记者采访的中国航天领域权威专家是怎么说的:虽然号称是商业发射,但这些私营航天企业并非白手起家,NASA向它们提供了数十年来积累的技术成果,否则光是重新打造一整套火箭研制和发射系统,都是这些企业不可能完成的任务。