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如何正確地“黑”SpaceX(五):回收不能復用和引擎不給力的重獵鷹
關鍵字: 重獵鷹能源引擎問題軍事航天器【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 查攸吟】
美國東部時間6月12日1時51分,發(fā)射任務NROL-37正式啟動。隸屬于聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的德爾塔4H重型火箭,于卡納維拉爾角空軍基地37B工位發(fā)射。發(fā)射任務進行的一帆風順,火箭攜帶的的先進獵戶座同步軌道電子偵查衛(wèi)星于當天早晨7時30分順利進入了預訂軌道。
目前世界上最先進,也是最可靠的重型火箭——ULA的德爾塔4型。圖為2016年6月12日,該火箭執(zhí)行NROL-37任務,發(fā)射先進獵戶座同步軌道電子偵察衛(wèi)星時,起飛瞬間的留影
筆者并不清楚埃隆·馬斯克關注該任務之時有何表態(tài)。但幾乎可以肯定的是,其中必然摻雜著各種羨慕與嫉妒。美國軍方發(fā)射任務——這是馬斯克與他的SpaceX所追求的最終目標——暫時可望但不可及,卻是最終代表著滾滾利潤的終極目標。
然而現(xiàn)在于SpaceX的餐盤內(nèi),起碼還是有一點安慰的。就在2016年4月27日,美國軍方授予SpaceX一份價值8270萬美元的發(fā)射合同,要求其在2018年將第二枚GPS Block IIIA導航衛(wèi)星送入軌道。
軍隊從來都是美國太空發(fā)射承包商們的最愛。與這份合同相比,馬斯克此前能吃到的所有單子廉價到仿佛是用來打發(fā)叫花子。然而,該發(fā)射合同與ULA剛剛完成的NROL-37任務相比,也同樣不值一提——盡管ULA和軍方都沒有公布過合同細節(jié),特別是報價問題。然而根據(jù)以往慣例,該任務的報價將不會低于3.5億美元……
鏡花水月回收夢
對于SpaceX而言,2016年4月8日的成功是具有歷史意義的。然而,向外界證明自己可以穩(wěn)定地實現(xiàn)控制回收任務,也是非常有必要的,但是SpaceX接下來所要面對的任務卻并不輕松。
2016年5月6日,非常重要且具有特殊性的JCSAT-14任務啟動,SpaceX研發(fā)的火箭第一級回收系統(tǒng)即將迎來真正的“大考”。
同步軌道通訊衛(wèi)星JCSAT-14屬于SKY Perfect JSAT公司的太空資產(chǎn)。該公司是日本最大的衛(wèi)星營運商,也是日本目前唯一同時營運多條收費電視頻道和提供衛(wèi)星通訊服務的公司。JCSAT-14衛(wèi)星由美國勞拉空間系統(tǒng)公司制造,重約4.7噸,搭載有26個C段轉(zhuǎn)發(fā)器和18個KU 轉(zhuǎn)發(fā)器。入軌后,衛(wèi)星計劃將定位于154°E的地球同步軌道上,以取代已運轉(zhuǎn)可12年之久的JCSAT-2A衛(wèi)星。
對SpaceX公司獵鷹9號火箭以及其回收裝置的一次真正考驗——勞拉空間系統(tǒng)公司技術(shù)水準的體現(xiàn),JCSAT-14衛(wèi)星。由于設計需要,獵鷹9搭載該衛(wèi)星執(zhí)行任務時,必須教原本設計飛行更多的時間,爬升至更高的高度。這也就使得火箭第一級在回收階段面臨更為嚴峻的減速考驗
本次任務的難點在于,規(guī)模和尺寸并不算小的JCSAT-14、在設計中卻沒有考慮攜帶大量的燃料,導致該衛(wèi)星缺乏足夠的軌道機動能力,必須更多地借助火箭的運力來提升軌道。對執(zhí)行發(fā)射任務的獵鷹9FT型火箭而言,也就意味著無論一子級還是上面級,都需要比通常的任務飛得更高、更快。對于上面級而言這不是什么大問題,但就需要回收的一子級來說,這可不是個好消息。
通常來說,執(zhí)行同步轉(zhuǎn)移軌道任務的獵鷹9FT一子級在與上面級分離那一刻,其速度將達到每小時6400千米、差不多是6倍音速。而這一次,一子級將繼續(xù)爬升軌道、直到每小時8300千米的速度。由于額外的工作時間要消耗更多的燃料,故留給回收減速使用的燃料,較之3月4日搞砸的SES-9任務僅是略有增加。本次任務成功的前提,是飛行的全過程必須確保精確和精準。
5月6日早晨5點21分,在SpaceX的老“地盤”,卡納維拉爾角發(fā)射基地40號工位上,搭載著JCSAT-14的獵鷹9FT順利起飛。擔憂中的危險并未出現(xiàn),從衛(wèi)星發(fā)射到一子級回收、整個過程無驚無險,接近6點的時候,火箭的一子級已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)落在大西洋海域的回收平臺上。
這也是SpaceX推進垂直回收計劃以來取得的第三次成功,事實有力地證明了,現(xiàn)有的垂直回收手段已基本成熟。隨之而來的,是其支持者的歡呼雀躍,以及對計劃于6月進行的、被回收的一子級執(zhí)行首次復用任務的無比期待。
JCSAT-14任務中,火箭第二級與衛(wèi)星分離瞬間
第一級回收部分落在海上回收平臺上的那一刻
不過,這可能么?
美國東部時間5月16日早晨7點08分,埃隆·馬斯克一則推文,給SpaceX的全體支持者澆下一瓢涼水——最近(回收)的火箭遭受了嚴重損傷,這主要源于非常高的再入速度(導致了什么結(jié)果未表述)。它將被用于地面測試以證實其它一切都正常,計劃于6月份進行的,采用回收的一子級進行的發(fā)射任務被取消了。
5月28日上午,在完成了前一天泰星8號的發(fā)射任務后,SpaceX公布了由火箭一子級所搭載的攝像頭拍攝的全程錄像,其清晰地顯示了火箭在動力減速過程中,仍然遭遇到熱障挑戰(zhàn)的事實。換句話說,馬斯克最初認為火箭一子級因為飛行高度低、沒有脫離大氣層,所以在動力減速回收的階段不會遭到嚴重的熱障,這個想法過于一廂情愿了。
盡管憑借火箭引擎進行的動力減速可以在相當程度上緩解這個問題,從而避免減重減到極致、結(jié)構(gòu)堪稱脆弱的箭體在返回彈道上崩潰解體。但是,獵鷹9火箭大量使用的2195鋁鋰合金的退火溫度僅有200℃,縱然完整降落,經(jīng)歷過高溫烘烤、事實上已經(jīng)局部退火的殼體,除了“賣廢品”、又能派上啥用處呢?SpaceX公布了一些被回收的一子級的細節(jié)照片,照片顯示箭體出現(xiàn)了肉眼可見的損壞,其中特別值得關注的是箭體上部的格柵翼。雖然這個構(gòu)件離發(fā)動機最遠、結(jié)構(gòu)上也是經(jīng)過強化的,依然被熏黑了、格柵出現(xiàn)明顯的破損。格柵翼尚且如此,箭體的其它部分又會如何?
另一方面,火箭的著陸平臺和起飛工位不一樣,沒有導焰槽、也沒有噴水降溫系統(tǒng),最后著陸階段、發(fā)動機的高溫高速噴流在著陸平臺甲板上形成反沖,也會給箭體、特別是發(fā)動機艙段造成嚴重損傷。同樣是根據(jù)SpaceX公布的細節(jié)照片,箭體下部的發(fā)動機艙段像是經(jīng)歷了一場可怕的火災,這部分結(jié)構(gòu)、包括發(fā)動機本身的狀態(tài),實在不容樂觀。
今年5月初,停放在機庫內(nèi)的,當時成功回收的3枚獵鷹9FT第一級火箭,
JCSAT-14任務回收第一級轉(zhuǎn)運過程中拍攝的箭體細節(jié)照片。
我們可以從細節(jié)上看到這枚火箭已經(jīng)在諸多方面遭到了嚴重的破壞,根本不可能具備復用價值。而其他兩枚的狀況,又能好多少呢?
實際上,SpaceX公司方面是對此有足夠心理準備的。
2015年10月,在于耶路撒冷召開的第66屆國際宇航大會(IAC)上,中國運載火箭技術(shù)研究院研發(fā)中心可回收火箭團隊負責人申麟曾經(jīng)問過與會的SpaceX公司發(fā)射業(yè)務的副總裁一個問題:“Space X公司成功回收火箭后,要花多大的成本來實現(xiàn)重復使用?”
彼時,距離SpaceX公司首次實現(xiàn)獵鷹9號火箭第一級的垂直回收,還有近2個多月的時間。而在那時候,這位高管也并沒有正面回答申麟的問題。她說了一段模棱兩可、絕對正確、卻毫無意義的套話:“Space X公司會在可靠性、安全性、成本、技術(shù)難度、運載能力等方面進行平衡,綜合考慮?!?
而就在更早些的時候,該公司負責發(fā)射任務的副總裁曾經(jīng)明確答復媒體:回收系統(tǒng)將能使每次發(fā)射任務的成本降低三成。請注意,這還是對著媒體說的場面話,按照常理、最樂觀的情況、恐怕還要在此基礎上打折扣。當然,若以目前的情況而言,恐怕連上述推論都屬于最樂觀的預計,實際情況可能只是回收了幾十噸廢金屬而已、可以送到航天博物館和主題公園充當展品。
除了展覽與凝聚人氣的意義,從經(jīng)濟角度而言,以目前的技術(shù)而言回收第一級是毫無價值的
然而,馬斯克虧了么?試問若以聚攏人氣贏得噱頭的角度來說,一家私人航天發(fā)射承包商如果用傳統(tǒng)方式打廣告搞營銷,得投入多少費用、才能有這樣的收獲?
- 原標題:如何正確地“黑”SpaceX(五):SpaceX的火箭回收之夢 本文僅代表作者個人觀點。
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- 責任編輯:荀越
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