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原来,“猎鹰九号”成功回收一级火箭,藏了那么多技术突破

时间:2016年04月11日 信息来源:澎湃新闻网 点击: 【字体:

北京时间2016年4月9日凌晨,猎鹰九号实现海上平台成功回收。

美国东部时间2016年4月8日下午4时43分(北京时间9日早晨4时43分),空间探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰-9FT”运载火箭于卡纳维拉尔角空军基地发射升空,约10分钟后飞船与火箭成功分离,进入预定轨道。起飞约9分钟后,火箭一子级准降落在大西洋的一条驳船上(海上回收平台),人类历史上首次在海上实现火箭回收。

“猎鹰-9FT”火箭一子级海上成功回收三方面价值

价值一:艾伦·马斯克火星移民梦想走出关键性一步

2016年4月8日“猎鹰9-FT”火箭一子级海上回收成功,这些技术突破都是艾伦·马斯克梦想火星移民蓝图第二步的关键环节。空间探索公司作为马斯克个人梦想实现的载体,以火星移民为终极目标制定了三步走计划:第一步,解决进入空间工具有无(猎鹰1/1e);第二步,降低进入空间成本,引领航天发射商业化,积累技术和财富;第三步,移民火星。

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SpaceX的大计划:要在火星建立殖民地。  Daily Mail Online 图

降低进入空间成本必须实现运输工具重复使用,回收成功使得马斯克梦想距离实现更加近了。

价值二:火箭实现重复使用迈出历史性第二步

2015年12月22日,“猎鹰9-FT”火箭一子级陆上回收成功,迈出火箭重复使用的第一步,本次海上成功回收则是迈出的第二步。两次成功回收的价值、环境条件及技术难度不同。陆上回收火箭运载能力损失在40%左右,也即只有近地发射任务可以执行火箭一子级回收策略;海上回收火箭运载能力损失20%,目前“猎鹰-9FT”执行GTO轨道5t以下发射任务都可执行回收策略,预计覆盖发射市场80%以上。

价值三:航天发射产业化即将实现技术性突破

一个行业发展需要三要素:商业驱动、技术突破和政策支持。航空业自1914年商业运营,1959年技术突破,1970年国家产业政策支持,目前已经形成2.2万亿美元(2014年)的巨型产业。

航天发射一直以来是政府主导支撑的小型专用市场,特点是用户少,难以产生利润推动产业自生循环。航天发射产业化的瓶颈是技术突破和政府产业支持,目前技术突破已经看到曙光。

“猎鹰-9FT”火箭一子级海上突破了三类技术

为实现火箭一子级回收,空间探索公司已经走过三个阶段:第一,演示验证机验证技术可行性;第二,“猎鹰-9V1.1”火箭7次回收飞行验证;第三,“猎鹰-9FT”三次回收试验。三个阶段主要解决一子级再入返回的“控得住”、“瞄得准”和“落得稳”三类技术。

第一:“控得住”技术

“蚱蜢1”8次飞行、“蚱蜢2”5次飞行初步验证了大长细比箭体飞行稳定控制技术,不足是飞行高度、速度距离真实飞行环境差距巨大。2013年9月“猎鹰-9V1.1”首次发射验证一子级软着陆回收技术失败,原因是推进剂管理等多种因素耦合使得发动机提前关机,一子级姿态失稳空中解体。

第二:“瞄得准”技术

“猎鹰9-V1.1”共计飞行15次,其中7次开展了正式回收试验,其他8次飞行一子级验证了相关技术。为实现“瞄得准”,飞行时火箭一子级与平台实时交换数据,利用GPS数据及时调整飞行方向。在2014年4月19日“猎鹰-9V1.1”第四次飞行中,第一次实现了预定海面垂直软着陆,也即突破了“瞄得准”技术。

第三:“落得稳”技术

2015年1月10日,“猎鹰-9V1.1”执行空间站第五次补给任务,首次进行火箭一子级海上活动平台回收,因为栅格舵驱动液压油耗尽,火箭姿态失稳;2015年4月14日一子级回收失败;2015年6月28日火箭升空148s爆炸;2016年1月17日火箭一子级准确落在海上平台,但是着陆第三个支撑腿锁定失败导致箭体倾覆。也即“猎鹰-9V1.1”火箭开展德7次回收试验全部失败。

2015年12月22日,全新“猎鹰-9FT”火箭陆上回收成功;3月4日该型火箭首次尝试海上回收失败,原因是发射SES-9卫星(质量5.33t)消耗了过多推进剂,返回减速制动不足。

“猎鹰-9FT”火箭一子级海上回收三点启示

第一:时代与个人梦想必须耦合

空间探索公司所开展的“猎鹰-9”火箭回收都是由艾伦·马斯克个人梦想牵引,即不是纯粹国家战略(航天飞机),也不是单独产业推动。从空间探索、蓝源等新型公司发展看,时代发展、技术进步与个人梦想相耦合共振,方能激发引领新的方向。

第二:新技术引领传统产业突破

自1957年“卫星号”首次发射,航天发射业走过六十年。空间探索公司引领传统航天发射业突破,源于多领域新技术融合创新,如先进重复使用发动机技术、基于新型材料的轻质化箭体结构技术、在线自主规划与自适应控制技术、自主健康管理技术等。

第三:不断测试改进是成功关键

创新意味着技术风险,突破技术风险除了顶层理论指导,必须不断试验、试验、再试验。从猎鹰-1、猎鹰-1e、猎鹰-9V1.0、猎鹰-9V1.1、猎鹰-9FT到猎鹰-9重型,技术、产品不断改进,基本两年一个新型号,也即空间探索公司通过自我不断快速进化,走过传统航天发射企业多年走过的路。


(作者:盛英华 上海宇航系统工程研究所火箭专家)
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