圖為獵鷹9號。
圖為SpaceX公司火箭發(fā)射場。
河北新聞網(wǎng)訊(河北日報記者郭偉)一旦發(fā)射升空,要么被摧毀,要么被拋棄。將人類送入航天時代的火箭,長期以來難以擺脫“一次性”魔咒。
也正因如此,高技術(shù)、高價格、高風(fēng)險成為航天的代名詞,耗資巨大的航天探險,讓普通民眾只能“仰視”,服務(wù)普通企業(yè)乃至個人的火箭之旅只能出現(xiàn)在科幻電影里。
歷史終將被改寫。2015年末,美國藍色起源公司和美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)先后回收火箭成功。4月2日,美國藍色起源公司首次實現(xiàn)“二手火箭”發(fā)射再著陸回收。近日,中國運載火箭技術(shù)研究院有關(guān)技術(shù)負責(zé)人也回應(yīng)媒體稱,我國可回收火箭技術(shù)進入攻關(guān)階段。
拋卻復(fù)雜的技術(shù)突破不提,火箭回收意義簡單明了:發(fā)射成本有望大幅降低,“低價太空旅行”成為可能。
一個面向商業(yè)和大眾的航天新時代,行將開啟。
1.難度有多大?
——“在狂風(fēng)中讓 掃帚柄直立于手掌上”
北京時間2015年12月22日9時33分,美國太空探索技術(shù)公司研制的高度約為70米的獵鷹9號運載火箭升空,將11顆衛(wèi)星送到近地軌道,8分鐘后,火箭返回地面,當(dāng)?shù)谝还?jié)火箭垂直落向地面時,推進器運轉(zhuǎn),火箭減速并保持穩(wěn)定,以垂直姿態(tài)準(zhǔn)確降落在印有SpaceX標(biāo)志的空場上。
這是人類首次成功回收火箭。這一激動人心的歷史時刻到來前,是數(shù)次慘烈失敗。美國太空探索技術(shù)公司曾先后三次嘗試在海上平臺回收火箭均鎩羽而歸。
2015年2月12日,獵鷹9號雖然在海面上成功軟著陸,但最終落入水中。
2015年4月14日,由于橫向速度過大,獵鷹9號著陸時未能在甲板上站穩(wěn),最終導(dǎo)致傾覆爆炸。
2015年6月28日,獵鷹9號遭遇發(fā)射失敗,火箭和其運輸?shù)娘w船在高空爆炸解體。
專家表示,火箭回收技術(shù)路徑并非一種。除了海上回收和陸上回收外,還可考慮用降落傘垂直下降、無動力滑翔降落、有動力滑翔著陸等方式實現(xiàn)。但這些方式大都有悖于“降低航天成本”初衷。
“和海上回收相比,陸地回收火箭相對對天氣和場地要求要寬松,而且手段可以更多,技術(shù)相對容易實現(xiàn)。但與在陸地平臺回收相比,海上回收成本更低,也正因如此,美國太空探索技術(shù)公司直接向難度更大的海上回收發(fā)起挑戰(zhàn)。雖然多次失敗,但勇氣和膽識令人敬佩!北比A航天工業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院宇航制造系副教授焦?jié)M囤介紹,“實際上,簡單或容易只是相對來講,以現(xiàn)有航天技術(shù)而言,無論是陸地還是海上回收,都是很大挑戰(zhàn)!
“難題主要有兩個!苯?jié)M囤解釋,“首先難在控制火箭姿態(tài)。要使細長的箭體垂直精確著陸在指定地點很難。在返回過程中,第一級火箭是通過箭上的液氮推力器來調(diào)整姿態(tài)的,以應(yīng)對氣動扭矩和旋轉(zhuǎn)的影響。要使其幾乎沒有任何滾轉(zhuǎn),在降落過程中一直與地面保持垂直狀態(tài),有人形容其難度猶如‘在狂風(fēng)中讓掃帚柄直立于手掌上’。第二大難點是火箭發(fā)動機要具有推力可調(diào)和多次啟動的功能來實現(xiàn)軟著陸,這也是現(xiàn)有火箭發(fā)動機不具備的特性!
電子控制系統(tǒng)是火箭的大腦,由遍布箭體的各種傳感器獲取火箭飛行的各種參數(shù),然后通過信息匯總、計算,及時調(diào)整飛行方案。接著通過各種控制部件,執(zhí)行指令。可以想見,這把在狂風(fēng)中兀自直立的“掃帚”,需要一套多么強大的電子控制系統(tǒng)。
今年3月和4月,美國太空探索技術(shù)公司又先后兩次嘗試海上回收火箭但最終失敗。競爭對手“藍色起源”則在4月2日再次成功回收火箭。
增大推進劑系統(tǒng)冗余、可調(diào)節(jié)推力和多次啟動的火箭發(fā)動機、主體火箭與助推火箭交叉供給推進劑、電子控制系統(tǒng)……焦?jié)M囤認(rèn)為,火箭回收要想獲得高幾率成功,還有待上述技術(shù)進一步成熟。
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