首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布

SpaceX用“四手”火箭,将宇航员送往空间站,火箭回收有多难?

美国SpaceX公司“掌门人”马斯克被人们形容为“科技狂人”,不仅仅是他仅利用了很短的时间,就将SpaceX从一个默默无闻的小公司,打造成在世界航天领域数一数二的商业运营公司,而且还在于他的“执着和野心”,比如实施星链计划,比如一箭多星,再比如研发和实践火箭回收技术,即使失败许多次,也阻挡不了他一开始的决心。

就在前几天,SpaceX公司实施了Crew4(非试验性载人)任务,利用猎鹰9号火箭,将“自由号”龙飞船发射成功,该飞船上搭载了4名宇航员,仅16个小时多一点的时间,就将他们送往国际空间站。这次发射最让人印象深刻的,我想,应该不是短期内密集的火箭发射,也不是掌握发射窗口以及对接国际空间站的高效,更不是这4名宇航员的构成,而是猎鹰9号火箭,这款火箭的编号为B1067-4,“-4”说明这枚火箭加上这次已经执行过四次发射任务了。

SpaceX在火箭回收方面“屡败屡战”

在完成发射以后,这枚火箭按照既定的路线和程序,顺利降落在大西洋的海上回收船上,再次成功被SpaceX公司回收,以后应该还会继续执行新的火箭发射任务。按照相关专家的介绍,在火箭的设计规程中,在火箭没有被严重破坏的情况下,发动机一般可以重复使用50次,捆绑装助推器也能使用20次,整流罩差不多也能使用30次左右。

如果掌握成熟的火箭回收技术,那么从长期的航空航天任务的综合成本看,至少可以节省80%以上,毕竟能回收火箭的主体部分,剩下的维修保养和燃料费用都只是“小头”,这也是为什么世界各国都在极力推动火箭回收技术的研发和实践工作。

在上世纪60年代末,美国开始实施航天飞机计划,目的是为了降低太空探测任务的成本,谁料航天飞机在返回后维修工作量太大,综合成本不降反升,单次发射费用甚至达到了10亿美元,而且中间还有挑战者号和哥伦比亚号失败的情况发生,于是在2011年“亚特兰蒂斯”号完成谢幕之旅后,美国的航天飞机被迫退出了太空舞台。不过,作为航天飞机推进系统的相关技术,后来被应用到火箭发射上来。

近10多年来,美国SpaceX公司在火箭回收上可谓下足了功夫,中间也经历了回收方式的重大变革,比如2012年9月到2013年10月,以蚱蜢系列火箭为实验对象的“跳跃实验”,通过垂直起落、空中悬停、精准地返回基座等程序,为后续回收火箭技术的成熟提供了诸多有价值的数据和经验。

后来,SpaceX公司又延续“跳跃实验”,进行了火箭一级部分整体回收的实验,结果因一个零件的失误而失败。随后,又在2015年进行了三次海上回收实验,结果都以失败告终。紧接着,SpaceX公司又进行了陆地回收的多次实验,中间也发生了数起降落点不精确、火箭体着陆时减速不到位、着陆时角度控制不佳等而发生的爆炸事故。但是,这些失败,并没有阻止马斯克对火箭回收的热忱,反而激发了他不达目的不罢休的冲劲,终于在2015年12月第一次成功完成陆地回收火箭,后来又在海上成功实现回收。

火箭回收的主要难点

SpaceX公司在执行火箭回收操作的这段时间内,即使是公司拥有实力非常强大的专家团队,也失败了很多次,足见火箭回收的难度是多么大。其难点主要表现在以下几个方面:

一是火箭的总体参数必须进一步进行优化设计,特别是回收过程中,需要对回收部件的推进系统、返回火箭级的重量等重新进行调整。

二是火箭在返回时必须以垂直姿态进行,因此对返回的精度控制要求非常高,一方面是对轨道的控制,另一方面是对落点的控制。

三是火箭发动机除了要能够可重复使用以外,还要具有推力可调的特性,以保障能够随时维持垂直降落的方向和速度。

四是,着陆时要有非常有效的缓冲。在回收的火箭级中,必须要配备高效的缓冲装置,在即将接近地面时,保证防止箭体倾斜、进一步降低下降速度、能够经受发动机喷出的高温等离子流等方面的需要。

我国正在开展火箭回收技术的研发

从目前来看,我国还不具备火箭回收的成熟技术体系,主要原因在于火箭的回收,对火箭的芯级推重比有很严格的要求,回收的火箭核心级重量仅有发射的10%左右,如果一味用大推力火箭,那么在回收时一启动发动机就达不到稳定的目的。

在这方面,SpaceX公司在猎鹰9号上,采有的是9台发动机并联+梅林发动机的深度节流方式,说实话,我们目前虽然在发动机技术上已经比较接近美国的水平,但是在箭体技术方面还差得较远,即使能回收那么复用时的运力水平也会大幅下降,达不到从根本上节约成本的目的。

不过,从航空航天长远的效益出发,我国仍然在默默地进行着火箭回收的技术革新和规划论证,从已知的情况看,目前长征6X垂直返回技术验证火箭已经完成立项工作,而长征8R垂直返回火箭也正在开展相关的研发工作,从工作的进程上看,已经超过了欧航局阿丽亚娜6火箭的回收研发,正在向不断追赶SpaceX的方向一步一个脚印前进。

  • 发表于:
  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20220501A061WS00?refer=cp_1026
  • 腾讯「腾讯云开发者社区」是腾讯内容开放平台帐号(企鹅号)传播渠道之一,根据《腾讯内容开放平台服务协议》转载发布内容。
  • 如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

相关快讯

扫码

添加站长 进交流群

领取专属 10元无门槛券

私享最新 技术干货

扫码加入开发者社群
领券