专家解读SpaceX火箭回收难在哪 成本或降至1%

2015-01-12 13:43:00 环球时报 分享
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  【环球军事/航空报道】美国太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰9号”火箭10日进行了2015年世界航天的首次发射。此次发射有两大任务:一是把第5艘载货型“龙”飞船送入太空,为国际空间站运送补给物资;二是首次试验回收“猎鹰9号”火箭的第一级。结果,第一项任务顺利完成,但第二项任务功败垂成,火箭的第一级虽然垂直降落在预先准备的海上浮动平台上,但没能软着陆,火箭和平台全都损毁。

  据权威专家介绍,目前火箭回收技术有4种方案:第一种是降落伞垂直下降方案,第二种是动力反推垂直下降方案,第三种是无动力滑翔飞行水平降落方案,第四种是有动力滑翔水平降落方案。美国“猎鹰9号”火箭采用的是第二种方案。

  海上回收火箭第一级有几大难点,这次失败问题可能又出在哪儿呢?中国航天专家庞之浩认为,首先难在控制火箭姿态。要使细长的箭体垂直精确着陆在指定地点很难。在返回过程中,第一级火箭是通过箭上的液氮推力器来调整姿态的,以应对气动扭矩和旋转的影响,使其几乎没有任何滚转,在降落过程中一直与地面保持垂直状态。有人形容其难度犹如“在狂风中让扫帚柄直立于手掌上”。另外,箭体上还有4个可展开的侧翼,它用于通过卫星制导来协助控制火箭朝平台降落,使其最终落地的精度在10米以内。1月10日“猎鹰9号”第一级的落点相当准确。

  第二大难点是火箭发动机要具有推力可调和多次启动的功能来实现软着陆。“猎鹰9号”是通过部分主发动机的2次点火来减速的。在火箭主发动机的控制软件中设置了矢量推力点,它能控制火箭的下落速度。第一级与第二级火箭分离后第一级要2次重新启动火箭部分主发动机,以制动减速。第一次重启旨在降低第一级的降落速度,使其能够降落到距离卡纳维拉尔角数百公里的海面;当第一级火箭快要落入大西洋时,再重启它的另一台发动机,以进一步减速。最终要使火箭的速度由初始的1300米/秒减到2米/秒。另外,在第一级接近海上浮动回收平台前,安装在第一级底部的4个着陆支架要打开,它带有液压减震器,可进一步减少垂直着陆时的巨大冲击,从而在回收平台上软着陆。庞之浩认为,10日的回落过程中,“猎鹰9号”很可能没有控制好速度,导致其撞击回收平台。

  火箭回收技术难度这么大,美国公司为何还要投入这么多精力进行试验呢?庞之浩认为,这是由于这项技术一旦成功将给航天带来质的改变,而且其中蕴含着巨大的商业价值。航天发射成本一直居高不下,送1公斤物质上天的成本在1万~2万美元,重要原因就是发射航天器的运载火箭是一次性使用的。如果运载火箭可以重复使用,就可以大大降低成本,使人类的航天活动产生质的飞跃。就拿“猎鹰9号”火箭来说,其总造价约为5000万美元,而其推进剂的成本只有20万美元。所以如果能回收并重复使用第一级,可节省资金80%;如果第二级也能回收并重复使用,发射成本将降至目前的1%。发射费用降低意味着可以设计比现在便宜得多的卫星,而不必再花费大量资金来确保其拥有很长的寿命,因为发射费用很便宜,如果卫星坏了,再发射一颗填补空缺便是。

  庞之浩认为,从长远看,可重复使用的火箭还能使人类探访甚至移居其他星球的梦想成真。现在载人航天最大的一个瓶颈就是成本太高,限制了进入太空的人数。如果可重复使用航天技术取得实用性进展,未来会大大加速人类进入太空的步伐。▲【环球时报特约记者 士 元】

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