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SpaceX海上回收成功:伟大胜利背后的无奈

 zhuxrgf 2016-04-11

腾讯太空精选优质自媒体文章,文中所述为作者独立观点,不代表腾讯太空立场。

文/ 杨宇光(微信公众号: 微航天

在经历四次尝试海上回收火箭一子级失败后,SpaceX公司在4月9日凌晨4时52分,成功在大西洋上回收猎鹰-9一子级火箭,这是该公司继2015年12月成功在陆上收回一子级火箭后,首次在海上实现火箭回收。那么,猎鹰-9火箭为何进行海上回收?海上回收有什么难度?

SpaceX海上回收成功:伟大胜利背后的无奈

理想很丰满

实现可重复使用运载火箭一直是航天人的梦想,这是因为直到今天,让航天器进入太空的成本依然是整个航天活动成本中很大的一块。

而在运载火箭的发射费用中,火箭的推进剂一般所占的比例较小,发射成本主要包括火箭本身,特别是发动机、制导控制系统等技术含量很高的零部件。

如果能够实现运载火箭的可重复使用,每次飞行之后只需要像飞机那样重新加满油就再次飞上蓝天,就可以显著降低航天发射的总成本,从而为开展更多的航天任务提供机会。按照马斯克的说法,通过重复使用技术,发射成本降低到600万美元左右,是SpaceX公司当前发射报价的1/10。

SpaceX海上回收成功:伟大胜利背后的无奈

现实略骨感

SpaceX公司的可重复使用运载火箭,采用着陆支架和浮动平台等技术途径回收第一级运载火箭,实现部分回收,应当说是可选择的比较现实的技术途径,但仍然存在巨大的挑战。

从落点精度来说,目前只有航天飞机这样返回过程全程精确控制的航天器才能实现精确的着陆,人类的各种载人飞船还都做不到这一点,一般落点预报误差在公里甚至10公里以上量级,这主要是由下落过程中的控制方式决定的。

由于猎鹰-9火箭的第一级不可能像航天飞机那样配备很大的气动操纵控制面,因此其控制能力有限,在将二级以上的部分送达指定高度和速度完成主任务后,一子级的飞行参数稍有偏差就很难回到预定的落点附近。

火箭发动机是非常精细的高科技产品,虽然推力很大,但实际上在下落过程中耐冲击的能力有限,因此在溅落海面的瞬间要经受严峻的考验,为适应这种需求需要采取额外的技术措施。

一次使用与多次使用对发动机燃烧室的防热能力、发动机喷管喉部的烧蚀情况要求也有很大差异,对可靠性指标的要求更是不可同日而语。

火箭发动机是非常精细的高科技产品,虽然推力很大,但实际上在下落过程中耐冲击的能力有限,因此在着陆的瞬间要经受严峻的考验,为适应这种需求需要采取额外的技术措施。

一次使用与多次使用对发动机燃烧室的防热能力、发动机喷管喉部的烧蚀情况要求也有很大差异,对可靠性指标的要求更是不可同日而语。

SpaceX海上回收成功:伟大胜利背后的无奈

海上回收的无奈

从某种意义上说,SpaceX公司采取主动减速、垂直降落的方式就是为了规避航天飞机助推器回收过程所带来的复杂性和高成本。采用猎鹰-9火箭的回收方式,无论是在海上平台还是在陆地上,都不存在海水对发动机和箭体的侵蚀问题,回收后的维护相对简单,从技术途径本身来说有利于成本控制。

猎鹰-9火箭采取海上回收的方式其实是无奈的选择,这主要是由运载火箭的能量特性决定的。运载火箭各子级在完成使命并分离后,由于惯性会继续向前向上运动,若不加以控制,最终会落到距离发射点更远的地方。因此,最节省推进剂的回收方式就是在火箭子级的自然落点附近回收。

SpaceX海上回收成功:伟大胜利背后的无奈

美国除了在西海岸的范登堡空军基地发射太阳同步轨道卫星外,其大部分运载火箭都需要从东部海岸向东发射,这就决定了最节约能量的回收方式就是在运载火箭子级的自然陨落轨迹的方向上设置回收平台,因此也就只能在大西洋上进行海上回收。

但海上回收的要求是比较苛刻的:运载火箭细长体的外形,若采用垂直回收的方式,对降落时的姿态有严格的要求,而由于海上回收平台不可能做得很大,因此对火箭回收过程中的位置控制也提出了严格的要求,再加上天气和海浪等因素的影响,使得海上回收更复杂,这些都是海上回收成功率比较低的主要原因。

当然,如果运载火箭所承载的载荷比其最大运载能力要小很多时,火箭的剩余推进剂很多,就可以在一子级分离后使用较多的推进剂改变其速度方向,从而能够返回发射场附近,采用陆地回收。

尽管历经诸多失败的挫折,SpaceX公司还是做到了!采用可重复使用技术是降低航天发射成本的必由之路,有区别的只是到底采用哪种技术途径更合理。此次回收成功对于SpaceX公司来说意义重大,其后续如何发展值得大家关注。(杨宇光)

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