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美“猎鹰9”成功回收 低成本太空时代大门正徐徐打开
2015-12-23 11:02:20   记者:黄建其报道   编辑:本站记者      阅读量:

 美国“猎鹰9”成功着陆回收,为研制可重复使用火箭奠定基础

低成本太空时代大门正徐徐打开

  在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地拍摄的太空探索技术公司“猎鹰9”火箭第一级返回目标降落地点的照片。 

  ■“猎鹰9”火箭21日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空,发射10分钟后,第一级从天而降,在目标降落地点引起一片火光,但火光迅速熄灭,露出耸立在茫茫夜色中的白色火箭,开创了火箭从太空直接垂直回收的历史

  ■在实现火箭回收之前,人类发射的所有火箭都是一次性使用。以本次回收的“猎鹰9”为例,火箭成本5000万美元,其中燃料费用仅为20万美元。一旦火箭能够回收,只要稍加修复,重新加注燃料便可再次发射,从而能大大降低发射成本

“猎鹰9”成功着陆,人类走向太空的瓶颈有望被打破,专家估计——
回收火箭可反复使用10次左右

  这张12月21日通过相机长时间曝光拍摄的照片显示,太空探索技术公司“猎鹰9”火箭从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。

  美国当地时间12月21日晚,特斯拉公司创始人埃隆·马斯克创办的太空探索技术公司(以下简称SpaceX)发射的“猎鹰9”火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角成功实现第一节火箭软着陆,从而开创了火箭从太空直接垂直回收的历史。

  SpaceX的“猎鹰9”火箭在今年6月执行国际空间站货运任务时发生爆炸,导致物资毁于一旦。本次发射是该公司自上次事故以来的第一次发射。“猎鹰9”第一级返回发射场的垂直着陆试验引人关注。该公司网站提供的发射直播显示,“猎鹰9”火箭21日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空,把美国通讯公司ORBCOMM的11颗卫星送至地球低轨道。发射10分钟后,“猎鹰9”第一级从天而降,在目标降落地点引起一片火光,但火光迅速熄灭,露出耸立在茫茫夜色中的白色火箭。在SpaceX的发射中心,数百人通过大屏幕观看了这一历史性画面,并且兴奋地欢呼。作为全球领先的商业太空企业,SpaceX的这一成功使得人类未来向其他星球实现商业移民迈出了重要一步,并且未来人类有望在此基础上研制出可重复使用的火箭。

  报道称,该公司原计划12月中旬发射这枚火箭,但由于技术原因三度推迟。SpaceX此次没有选择通过海上平台回收火箭,而是直接在地面上进行回收。在此之前,SpaceX曾试图将其火箭降落在海上的浮动平台上,但两度失败,原因是降落速度过快和角度欠佳而爆炸。

  本次回收也是一个月内人类第二次实现火箭软着陆。亚马逊CEO杰夫·贝索斯第一时间向SpaceX表示庆祝,并喊话“欢迎加入我们的行列”。今年11月份,贝索斯的私人火箭公司“蓝色起源”宣布,其旗下火箭成功发射到100公里的计划高度,随后又成功地返回发射场。这是全球第一个发射升空后又完好无损地返回地面的火箭。不过业界认为,“猎鹰9”无论从发射高度还是技术难度上都要高于蓝色起源公司火箭。贝索斯发射的火箭达到的高度实际上位于太空和大气层的边缘,此外“猎鹰9”引擎更强大,所载设备也重得多。

  “猎鹰9”此次回收的是火箭第一节,包括引擎和最昂贵的器件。在实现火箭回收之前,人类发射的所有火箭都是一次性使用。一枚火箭的成本绝大部分来自发射器,以本次回收的“猎鹰9”火箭为例,火箭成本5000万美元,其中燃料费用仅20万美元。火箭一旦能够回收,只要稍加修复,重新加注燃料便可再次发射,能大大降低发射成本。这样一来,人类未来乘坐火箭进入太空“旅游”甚至移民其他星球的成本会大大降低。

  然而,对于雄心勃勃的老板马斯克来说,移民火星才是其最终目标,现在的这些商业行动只是其磨练技术和积累资金的途径而已。要做到这一点,当前最难克服的瓶颈就是大幅降低火箭运输成本并提高安全性。

返回目标降落地点的“猎鹰9”火箭第一级。 新华社发

  专家:火箭是怎么回收的

  在“猎鹰9”之前,火箭的回收是靠航天飞机。中国空气动力学家、航天技术专家黄志澄表示,国际上成功的航天飞机回收都采用水平回收的方式,即启动减速火箭进入大气层,降落方式与大型飞机着陆差不多。

  与水平回收相比,此次SpaceX公司采用的垂直回收,难度要稍高一些。

  一枚传统火箭由两级组成,当飞到100多公里的高度时,一、二级火箭分离,二级进入预定轨道,一级则遗落在太空或自毁。而SpaceX的技术,则能让一级火箭以较好状态回到地面。

  垂直回收有四大技术难点:一是火箭比较长,受风速等外界环境影响较大;二是发动机要能精确地调节推力,以便控制下落时的方向和姿态;三是火箭越轻越好;四是落点要准确控制在大约100平方米的区域内--这相当于把一根铅笔发射过帝国大厦,然后旋转返回,最后在风暴中安稳着陆。

  其实,早在上世纪90年代,美国航空航天局(NASA)就开始了这方面的研究。黄志澄说:“经过几年试验,火箭最多飞到100多米就失败了,最后这一技术也冷了下来。”大约2011年起,SpaceX开始进行小火箭垂直回收试验,2013年开始试验猎鹰9号,去年4月的一次试验中,火箭几乎就要成功软着落,却在落地的瞬间爆炸了。在此次试验中,SpaceX将火箭性能提升了约33%,确保了这次回收的成功。据黄志澄估计,回收的一级火箭能反复使用10次左右。

  国家863计划专家、中国航天科技集团公司第八研究院院长助理骆剑表示,航天项目的瓶颈是成本太高,比如发射一枚火箭的成本在数亿元,这也决定了航天项目只能是举全国之力。马斯克则很早就认准了只有降低成本,才能将人类带入太空时代,此前,他已通过改变设计理念、配套体系和经营运行等,将一枚火箭的发射价格降低了50%左右,由此赢得了巨大的商业成功。

  骆剑认为,尽管从成功回收一级火箭到产业化还有很长的路要走,不过如若成功,火箭发射成本将再次大幅度降低。这一技术还能借鉴到各种航天项目中,理想的状态是,太空飞行器能够像飞机一样重复使用。

  私人商业太空模式的启发

  以马斯克为代表的一代美国亿万富翁,受到美国阿波罗登月的鼓舞,近年来狂热地推动商业太空计划。明年1月,另一位亿万富翁、维珍航空老板理查德·布兰森旗下的维珍银河公司打算发射太空飞船,带着愿意烧钱的客户从太空看看地球,同时体验一下失重的感觉。此外,贝索斯也豪言他希望有一天数以百万计的地球人能在其他星球工作和生活。

  “SpaceX的成功意味着美国已经认识到光是利用政府的力量进行航天创新已经不够,要将更多民间机构拉入到航天研发中来。”黄志澄说,SpaceX最初试验垂直回收的部分技术资料正是来自NASA。2008年9月SpaceX的第4枚火箭发射成功后,也收获了来自NASA的16亿美元的经费。

  SpaceX本次发射还承担了NASA交付的任务,向国际空间站补给物资。此外,该公司还成功得到美国政府的另一大单,将于2017年将美国宇航员运送上太空。

  骆剑表示,我国也在研究回收火箭的技术,SpaceX的成功除了带来技术上的启迪,也应该引起我们对太空商业模式的思考。目前,我国也出现了一些与航天技术相关的小公司,不过让他们成长为SpaceX这样的巨头还需很长一段时间,除了没有“大佬”的投资,还严重缺乏人才。

  不久前,由来自中国航天科技集团公司八院805所、上海市空间飞行器机构重点实验室和“星天地”创客空间合办的“未来星球表面探测机器人创意创客”大赛让人看到了政府牵手民间机构合作太空研发的希望,身兼上海宇航系统工程研究所工学博士和“星天地”创客空间运营总监的邱宝贵表示,借助航天科技资源从事创新,与社会资本结合,目的就是想培育中国的埃隆·马斯克。

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