環(huán)球時報/2015-12-23/ 第13版面/軍事·科技 /作者:本報特約記者 張亦馳 本報記者 劉揚
22日,SpaceX回收一級火箭的瞬間。
北京時間22日9時左右,美國私營公司SpaceX的“獵鷹-9”運載火箭帶著11顆衛(wèi)星順利升空。然而,人們關(guān)心的并不是它的衛(wèi)星或者發(fā)射本身,而是它的第一級火箭能否順利回收。10分鐘后,答案揭曉,“獵鷹-9”的第一級火箭成功回收。這是人類首次成功回收軌道運載火箭,稱得上是航天發(fā)射史上的一次里程碑事件。如果人類能掌握火箭回收與重復使用技術(shù),未來航天發(fā)射的成本有望大大降低。
“在狂風中豎起一個掃把”
據(jù)美國媒體報道,SpaceX此次沒有選擇通過海上平臺去回收火箭,而是直接在地面上回收??{維拉爾角的LaunchComplex1是此次火箭著陸的目標地點,未來SpaceX大部分火箭回收也將在這里完成。在此次發(fā)射之前,SpaceX曾兩次嘗試回收火箭,但都沒有成功。
這次回收到底有多難呢?《國際太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩22日將這次回收比喻為,“在狂風中讓一根掃帚穩(wěn)穩(wěn)地直立在手掌上”。他認為,回收火箭首先要解決火箭著陸精度問題,要能夠回收到預定地點。其次,火箭要以垂直的姿態(tài)降落,必須解決姿態(tài)控制問題,越是豎長的物體,越難以控制。第三,要解決減速問題,必須是軟著陸,又不用降落傘,所以只能用反向推力裝置。而且,回收的過程是一個變速過程,因為火箭的燃料越來越少,所以在這個變速過程中如何始終解決好以上的幾大問題,難度非常高。據(jù)介紹,可靠控制是由兩部分組成的,一部分是位于火箭上端的格柵舵,另一個就是發(fā)動機本身。
龐之浩認為,SpaceX吸取了之前幾次失敗的教訓,將以上三個方面控制得很好。同時,調(diào)高了安全系數(shù),之前的幾次發(fā)射計劃都被推遲,就是要把所有可能出現(xiàn)的問題都解決掉,并等待最好的氣象條件。還有一個重要原因,這次回收從某種程度上講是降低了一定的難度,放棄了之前的海上平臺回收,而選擇在陸地回收。陸地上氣象條件更好,回收面積也可以更大,平臺更穩(wěn)定。還有就是增加了火箭動力,從而可利用額外動力使火箭第一級在著陸平臺上降落并回收。不過,在陸上降落可能意味著火箭在空中飛行更長,消耗的燃料更多。
第一枚成功回收的軌道運載火箭
嚴格來說,“獵鷹-9”并非第一枚實現(xiàn)回收的火箭,而是第一枚成功實現(xiàn)回收的軌道運載火箭。因為今年11月24日,亞馬遜CEO杰夫·貝索斯旗下太空公司BlueOrigin成功將NewShepard火箭發(fā)射到約100.5公里的高度,火箭隨后又成功返回發(fā)射場。這是全球第一個發(fā)射升空后又完好無損返回地面的火箭。
那么,相對于上述可回收火箭,“獵鷹-9”又先進在哪里呢?“獵鷹-9”的目標是將有效荷載運送到近地軌道,而NewShepard的目標只是將乘客送往亞軌道。龐之浩表示,NewShepard是試驗型亞軌道火箭,無論從飛行高度還是速度都和進行軌道發(fā)射的運載火箭不是一個量級。而“獵鷹-9”是一枚成熟的業(yè)務(wù)型軌道運載火箭,如何把有效載荷安全、可靠、經(jīng)濟地送入軌道,是它首先要考慮的問題,回收系統(tǒng)必須是在經(jīng)濟可承受范圍內(nèi)的試驗。而NewShepa?rd則是一枚試驗性質(zhì)的火箭,可以把更多的重量放在這次軟著陸上。另外,“獵鷹-9”第一級的長徑比遠遠大于前者,控制難度更大。
一家私營公司打敗了眾多航天大國嗎?
龐之浩22日對《環(huán)球時報》記者表示,這次一級火箭成功回收是具有里程碑意義的事件。以往的運載火箭都是一次性使用,成本很高,就好比一架波音747從紐約飛到洛杉磯之后就必須再重新制造一架。所以各國航天專家都希望能通過重復使用火箭以大大降低成本,這次算是SpaceX成功邁開了火箭回收的第一步。
龐之浩認為,這次的成功只是一個開始,意味著這項技術(shù)具有可行性,但想要真正掌握這一技術(shù),還需要通過多次試驗驗證其可靠性,由成功變成成熟。一級火箭回收是第一步,接下來要驗證火箭的發(fā)動機是否可以重復使用,不過美國有著回收并重復使用航天飛機的經(jīng)驗和技術(shù)儲備。美國在掌握了這項技術(shù)之后,還將進一步驗證回收二級火箭的可行性。一旦這些技術(shù)可以完全實現(xiàn),將大大降低航天發(fā)射成本,使人類航天發(fā)射的最大難題得到突破。如果回收并重復使用第一級,可以降低成本80%,而如果能回收并利用第二級將可以降低成本的98%。
不過,目前回收乃至重復使用火箭仍存在不小的挑戰(zhàn)。一次成功不代表完全掌握,距離技術(shù)成熟更有不小的距離。而火箭回收之后,能否經(jīng)過簡單修理,就可以加注燃料再次使用,這還需要驗證,美國之前的航天飛機就是因為回收之后維修的成本太高,加之航天飛機本身的死重太大,所以不得不放棄,因此這又是一道很大的難關(guān)。除了火箭的回收技術(shù)本身以外,還要提高火箭發(fā)動機的使用壽命。目前的火箭發(fā)動機,只需要工作幾十分鐘,然后就棄之不用了。實現(xiàn)可重復使用,對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、材料性能都是一個巨大的考驗。
在SpaceX公司的火箭成功回收之后,鋪天蓋地的消息都是對于這種技術(shù)的贊嘆,甚至有一種說法認為,馬斯克(SpaceX公司CEO)這個男人“干翻”了美俄中三個航天大國,但這真的是一家私營企業(yè)獨立完成的嗎?看看之前接受《環(huán)球時報》記者采訪的中國航天領(lǐng)域權(quán)威專家是怎么說的:雖然號稱是商業(yè)發(fā)射,但這些私營航天企業(yè)并非白手起家,NASA向它們提供了數(shù)十年來積累的技術(shù)成果,否則光是重新打造一整套火箭研制和發(fā)射系統(tǒng),都是這些企業(yè)不可能完成的任務(wù)。▲