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SpaceX即将实战,猎鹰9号最终版静待点火

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-12-08 21:55

一枚全新的猎鹰9号火箭,箭芯编号1046,竖立在了美国得克萨斯州麦格雷戈的试验场,准备在本周进行静态点火试验。虽然看起来远没有上个月首飞的重型猎鹰火箭那么酷炫,但这枚火箭的现身对于SpaceX来说,可谓意义重大,将是该公司在快速廉价火箭复用这条道路上即将迈过的又一块重要的里程碑。

最新更新:北京时间3月31日6:27,这枚猎鹰9号火箭顺利发射升空,将SES-10卫星送入预定轨道,同时一级火箭在“Of Cause I Still Love You”号驳船上再次着陆回收,圆满完成了回收火箭的首次复飞任务。至此,伊隆·马斯克在15年前创办SpaceX时许下的火箭可重复使用的梦想,终于成为了现实。

betway必威官网手机版 1SpaceX将再次尝试把猎鹰9号的一级火箭垂直着陆到大西洋上的一艘驳船上。图片来源:reddit.com

北京时间4月15日凌晨4:39,SpaceX的可回收式火箭猎鹰9号在西太平洋着陆失败。由于着陆力量过大,回收端火箭虽然准确到达降落地点,但无法正常回收。此前伊隆·马斯克预计本次着陆的成功率低于50%。

betway必威官网手机版 2SpaceX将尝试把猎鹰9号的一级火箭垂直着陆到大西洋上的一艘驳船上。图片来源:reddit.com

betway必威官网手机版 3竖立在麦克雷戈测试场上等待静态点火试验的这枚火箭,是SpaceX的第一枚最终版本猎鹰9号。图片来源:SpaceX

 

最最新消息:北京时间2月12日7点03分32秒,SpaceX的猎鹰9号火箭点火升空,顺利将深空气候观测站(DSCOVR)发射进入前往L1拉格朗日点的转移轨道。原定在海上驳船回收一级火箭的计划,由于大西洋面风浪太大,驳船无法维持平稳而被迫放弃。不过,一级火箭仍按预计计划返回并软着陆于水面之上。根据SpaceX创始人伊隆·马斯克的推特,火箭成功在水面上软着陆,精度在10米以内,并且保持竖直,如果不是因为遇到风暴,今天在驳船上回收火箭一级很可能就成功了。

今年一月份,伊隆·马斯克的SpaceX公司进行了第一次可回收式火箭实验,其火箭在太空短暂飞行后差点就完成了受控着陆,然而由于着陆角度问题,火箭在海上着陆平台上爆炸。

1月10日,太空探索技术公司(SpaceX)将进行CRS-5任务的发射,使用龙式飞船执行例行的国际空间站货运任务。不过,对于绝大多数航天专家和爱好者来说,这次发射任务更值得关注的是猎鹰9号火箭第一级的海上回收试验,因为这是人类第一次真正地火箭回收试验。

为什么这枚火箭意义重大呢?因为这是第一枚所谓的“第5批次”猎鹰9号火箭,也是猎鹰9号火箭的最终版本。想弄清楚“第5批次”是什么意思,还得从猎鹰9号火箭的演进历史说起。

betway必威官网手机版 42016年4月8日飞过一回的这枚火箭,本周将重装上阵再次发射,创造航天历史上的又一个里程碑。图片来源:SpaceX

最新消息:北京时间2月9日清晨的发射,因为美国空军的追踪雷达未能收到火箭信号而被推迟;2月11日清晨的发射,则因为发射地点风速过高而被推迟;目前下次发射时间暂定北京时间2月12日清晨7点03分。果壳网届时将继续对此进行图文直播。

周二的发射是CRS-6任务的一部分,猎鹰9号可回收式火箭将运送物资到国际空间站,这次猎鹰9号在将Dragon太空船送入轨道后再次尝试降落在大西洋的海洋驳船上。这次的海洋驳船进行了升级,可以抵抗更大的海浪。但是这次着陆地点的天气非常好。猎鹰9号火箭从加利福尼亚航空中心发射,在发射9分钟后受控再次进入地球大气层,开始进行海洋驳船着陆。

无论有没有关注过航天,任何人对航天发射的高昂费用恐怕都有所耳闻。SpaceX以发射价格低廉而闻名,可是上官网查查它的发射报价,主力猎鹰9号火箭一次发射也要5650万美元,折算人民币就是3.5亿元。居高不下的航天发射成本,制约着航天工业的发展。

首次亮相的1.0版

自2010年首次亮相以来,作为SpaceX的旗舰级火箭,猎鹰9号经历过多次重大升级,特别是在燃料罐和发动机方面。

首次亮相时,猎鹰9号看起来跟今天有很大的不同。最明显的区别是,它的9台发动机当时还排列成3×3方阵,燃料罐也比今天的猎鹰9号短了许多。当时它的一级火箭使用了9台默林1C发动机,二级火箭则使用了一台对真空环境优化过的默林1C发动机。这些发动机的设计都借鉴自SpaceX早期的猎鹰1号,只是稍稍作了一些改进。

被称为“1.0版”的猎鹰9号火箭只发射过5枚,全部用来发射龙式飞船或者龙式飞船的模拟舱进入低地球轨道。

betway必威官网手机版 5这是一枚“1.0版”的猎鹰9号火箭,可以看到尾部的9台发动机排列成3×3的方阵,跟现在的猎鹰9号完全不同。图片来源:SpaceX

(艾麦乐 编译)SpaceX公司计划在本周创造历史,使用去年发射载荷入轨后着陆在大西洋中一艘驳船上的一级火箭,再度发射升空运送一枚卫星入轨。

SpaceX公司官方发言人表示,火箭回收小组已在美国佛罗里达州东海岸外的海域就位,等待当地时间2月8日星期天傍晚(北京时间2月9日星期一清晨)猎鹰9号火箭的再次发射,但是对于SpaceX公司第二次在海上平台回收一级火箭的尝试来说,此次发射的空间气象卫星对轨道提出更多的要求增加了火箭回收的不确定性。

可回收式火箭可以再次使用,有助于减少发射成本。这将极大的增加SpaceX公司的竞争力。SpaceX公司开发的可重复使用技术,有望显着降低进入太空的成本,并改变市场竞争日趋激烈的太空发射服务市场。猎鹰9号火箭已经是目前业界发射成本最低,可重复使用的猎鹰9号的发射成本将下降一个数量级。

那么有没有办法降低成本呢?其实一枚火箭的成本,燃料仅占很小一部分,火箭的导航制导控制、储箱和发动机等部分,才是绝对的大头。如果一枚火箭可以重复使用,就可以大大降低成本。工程师提出了可重复使用航天器的概念,试图从根本上降低成本。只是谁也不曾想到,这条道路竟然如此艰难和漫长。

尝试回收的1.1版

为了能够运送更多载荷进入轨道,让猎鹰9号在潜在客户眼中变得更具吸引力,SpaceX研制了新的“1.1版”猎鹰9号,并于2013年开始发射。与1.0版相比,1.1版火箭经过了多项改进,最主要的变化是升级了一二级火箭的发动机,从之前的默林1C换到了更新、威力也更大的默林1D,还拉长了一二级火箭的燃料罐。一级火箭上9台发动机的排列方式,也改成了现在这个样子——1台发动在中心,其余8台围成一圈。

1.1版猎鹰9号还给SpaceX带来了一种新的可能性,那就是火箭的回收和重复使用。得益于燃料罐的拉长和发动机的升级,在一些要求不高的发射任务上,猎鹰9号有足够多的剩余燃料可以来尝试一级火箭的反推着陆——先是在开放海域,后来则是在经过加固的无人驳船上尝试。

betway必威官网手机版 6供一级火箭在海上着陆的无人驳船“看看说明书”号。图片来源:SpaceX

SpaceX曾希望,用类似一级火箭回收的方式来回收二级火箭,但这个目标后来一直被搁置。SpaceX的总裁格温·肖特韦尔(Gwynne Shotwell)在2017年底说,SpaceX将在2018年尝试“把二级火箭缓缓降落到海上”。肖特韦尔后来表示,“我们不会重复使用二级火箭,但我们会尝试把它们带回家。”

猎鹰9号的1.0版在头两次发射中也尝试过一级火箭的回收,但使用的方式完全不同。当时的一级火箭配备了降落伞,尝试在大西洋上降落。然而,这些尝试最终没能成功,由于一级火箭太重太快,降落伞都被扯破了。

1.0版火箭回收失败后,SpaceX决定换用反推着陆的方式。为了避免早期尝试失败可能会损坏驳船,最初的几次反推着陆在开放海域进行,来模拟在驳船上着陆。

betway必威官网手机版 7猎鹰9号一级火箭在海上尝试软着陆的模拟图。图片来源:Nathan Koga

不出所料,第一次开放海域的着陆尝试没能成功。不过,在第二次尝试中,SpaceX设法让一级火箭实现了定点软着陆。

可重复使用,这是SpaceX公司自2002年成立以来就一直致力于掌握的能力,而本周的发射将是这一能力的首次展示。许多人把可重复使用看成是平价航天发射的圣杯。如果成功,此次发射将成为一座新的里程碑,标志着我们在探寻这座圣杯的道路上又迈进了一步。

今年1月10日,SpaceX在向国际空间站(ISS)成功发射货运补级飞船之后,一级火箭曾经尝试过在一艘经过改造的驳船上着陆,但最终并未取得完全的成功。SpaceX官方表示,他们已经对火箭进行了改造,期待这一回能够完美实现史无前例的猎鹰9号一级火箭的返回飞行。

航天行业分析师阿贾伊·科塔里曾指出,可重复使用的SpaceX的发射技术能为航天运输提供今天航空运输的可能。六十年前人们也不会想到现在每年通过飞机进行旅行的人次达到5亿。飞机可靠的可重用性,大大降低了飞行成本。

早期火箭回收方案

人类进入航天时代之初,激情澎湃的工程师提出了一个个今天看起来也极为震撼的方案。美国通用动力公司1962年的Nexus火箭,高122米,直径50米,起飞质量约2.4万吨,可将超过1000吨的载荷送入近地轨道。它采用的还是单级入轨的设计。Nexus火箭将载荷送入轨道后,火箭整体再入大气层并落向大海,还使用反冲火箭降低溅落时的冲击力。火箭加注燃料后,即可继续投入发射。

从某种意义上说,Nexus火箭是今天猎鹰9号第一级再入海上回收的开山鼻祖,即使是50年前的设计,无论运输能力之强还是概念的先进性,都要比猎鹰9号更为高端大气上档次!唯一的问题在于,它的研制难度实在太高,以至于到现在也不可能做得出来,只有谷歌的同名手机大行于世。

20世纪90年代,航天飞机之父马科斯·穆勒参与创建了基斯特勒宇航公司(Kistler)。他们的K-1火箭开创性地提出第一级低速分离,自行飞回发射场,以及气囊辅助降落伞着陆的可重复使用方案。K-1火箭也曾和SpaceX的猎鹰9号火箭一起入选美国航天局的商业轨道运输服务(COTS),但由于进度超标等一系列因素,最终被轨道科学公司替换了。此后,基斯特勒宇航公司资金链断裂,K-1火箭也胎死腹中。

betway必威官网手机版 8航天飞机之父马科斯·穆勒曾参与创建基斯特勒宇航公司,提出了可以回收的K-1火箭。图片来源:NASA

乔治·穆勒是上一个时代的英雄,埃隆•马斯克无疑是当代的英杰。马斯克认为,星际殖民是人类文明未来存续的关键,而廉价进入太空的能力,是航天大发展的根基。他认为只有重复使用的运载工具,才是人类航天的未来。他曾以自己的猎鹰9号火箭举例,火箭成本5000万美元,但燃料费用仅有20万美元。通过重复使用,理论上可以将成本降低为现在的1%。他更放出豪言,如果火箭发射报价不能降低为现在的1/20,他的努力就算失败了。

说出这句话之前,马斯克的SpaceX就在追求研制可重复使用运载工具。猎鹰火箭设计之初,就为回收利用的降落伞预留了位置,而猎鹰9号火箭的前几次发射,也积极进行了降落伞回收的试验。不过遗憾的是,火箭第一级再入后便失去联系。分析认为,无控再入大气层时过载很大,还未减速降低到降落伞开伞的速度和高度,火箭第一级就已经被撕碎解体了。SpaceX后来决定,为猎鹰9号火箭第一级增加冷气喷射的姿态控制系统维持再入姿态,火箭第一级再次点火飞回发射场。不过马斯克也没有照搬穆勒的设计,而是提出一个新的方法:火箭第一级将受控垂直降落。

艰难回收路

在进行了更多次的海上着陆尝试后,SpaceX开始在真正的驳船上尝试一级火箭着陆。第一条驳船被命名为Just Read The Instructions——“看看说明书”号。

第一次尝试在船上着陆,是在CRS-5任务(即给国际空间站的第5次商业货运任务)当中,不过那次着陆没有成功。一级火箭上部可以展开来控制下落方向的栅格翼,由于传动装置里提供液压的液体提前耗尽,导致一级火箭失去控制,最终坠毁在了驳船上。

第二次尝试着陆则是在CRS-6任务期间,结果一级火箭的9台发动机里,中间那台的节流阀被卡住了。这意味着,这台发动机无法进行快速机动,导致火箭在落向驳船的过程中出现摇晃。这枚火箭倒是着陆在了船上,但水平方向速度太大,导致它侧翻倾倒,随即爆炸。

在CRS-7任务之前,SpaceX派出了全新的另一条驳船,命名为Of Course I Still Love You——“当然我还爱你”号,尝试进行船上着陆。不过,由于这枚猎鹰9号火箭在发射时发生故障导致解体,这次着陆没有能够进行。

直到2015年12月21日,SpaceX才终于首次成功着陆了一枚一级火箭,把它落在了卡纳维拉尔角的1号着陆区。2016年4月8日,他们在“当然我还爱你”号驳船上成功实现了第一次海上着陆回收。

betway必威官网手机版 9第一枚成功回收的猎鹰9号一级火箭,着陆在卡纳维拉尔角的1号着陆区。图片来源:SpaceX

到目前为止,SpaceX已经尝试了28次回收,成功着陆了23枚一级火箭。

此次发射任务将把一枚通信卫星送入地球同步轨道,发射时间目前暂定于当地时间3月30日下午6:27(北京时间3月31日上午6:27),发射窗口持续大约2个半小时。

SpaceX公司计划对火箭进行回收再利用,以此降低把人造卫星发射入轨的成本。此次实验正是为了实现这一宏大计划而进行的预演。

猎鹰9号V1.0的发射成本为5400万美元-5950万美元之间。而即使是中国长城公司廉价的长征三号乙火箭,发射费用也要6000万美元以上。SpaceX公司曾经表示,如果他们成功地开发了可重复使用的火箭技术,猎鹰9号的发射成本可能降低到500万美元至700万美元之间。也就是从成本上来说,SpaceX将无人能敌。

垂直起降

垂直起降(VTVL)航天器从来不是一个新鲜的设计,美国人很早就在探讨这个概念。可惜,这个大坑坑杀了无数前仆后继的航天英豪。

马斯克的“蚱蜢”和猎鹰9号返回试验器之前,最著名的垂直起降航天器当属麦道公司的三角快帆(DC-X)试验飞行器。DC-X并不打算进行轨道飞行,而是用于验证垂直起飞和降落的技术。垂直起飞是运载火箭的主流,但垂直降落还没人实现。DC-X试验飞行器成功进行了多次试飞,验证了飞行和垂直降落的技术,飞行时间从59秒逐渐增加到136秒,最高高度达到2500米——这是SpaceX的“蚱蜢”飞行器至今没能达到的记录。

尽管DC-X及后续的DC-XA试验经历过两次飞行器坠地事故,但总的来说,三角快帆系列实验相当成功,以几千万美元的经费进行了垂直起降的验证,获得了大量的技术经验。美国航天工业的技术积累,很大程度上就是DC-X这类验证项目支撑起来的。

betway必威官网手机版 10麦道公司的DC-X试验成功进行了垂直起降的验证,但这种飞行器并没有打算进行轨道飞行。图片来源:NASA

进入21世纪后,很多新兴航天公司对垂直起降技术大感兴趣。作为其中的佼佼者,蓝色起源公司招揽了部分当年在麦道公司参与DC-X项目的人员,进行New Shepard垂直起降航天器的研制。它的缩比验证飞行器在第二次试验中飞到14000米高空,并达到1.4马赫的速度。不过由于在高速飞行中失控,试验飞行器坠毁,此后再无下文。

与失败的前辈们相比,SpaceX最难能可贵的就是务实和坚持。他们研制“蚱蜢”垂直起降试验飞行器,为火箭定点垂直着陆进行试验。后来,该公司又改装了一个猎鹰9号火箭的第一级(F9R)进行垂直起降试验,计划飞到更高的高度和速度。与此同时,SpaceX还在进行猎鹰9号火箭第一级完整再入大气层和着陆试验,计划实现火箭第一级再入并飞回发射场。他们不仅要进行重复使用,还要为更遥远的快速周转打下基础。

现役的全推力版

为了能够在要求更高的发射任务中也回收一级火箭,同时为了能够发射更重的载荷,SpaceX开发了猎鹰9号的全推力版,有时也被错误地称为“1.2版”。与1.1版相比,全推力版最显著的区别在于二级火箭变长了,推进剂变稠了,发动机也进行了进一步的升级。这些升级结合在一起,使得猎鹰9号的低地球轨道运载能力几乎翻番,而且能够在地球同步转移轨道的发射任务中回收一级火箭。

全推力版还改进了着陆腿和栅格翼的设计,进行许多结构改善,整体重量也减轻了。

自2015年年底首次亮相以来,猎鹰9号全推力版经历过几个“批次”的改进。从2016年到2017年,全推力版从第1批次慢慢改进到第4批次。第一枚重复使用的火箭是第2批次的,箭芯编号B1021。

SpaceX即将实战,猎鹰9号最终版静待点火。2016年底到2017年初,伊隆‧马斯克(Elon Musk)批露了猎鹰9号新的最终版本,称为“第5批次”。

betway必威官网手机版 11不同版本的猎鹰9号火箭,和重型猎鹰火箭的对比。图片来源:维基百科

这件事很厉害吗?

非常厉害。

SpaceX整个公司的理念都围绕着可重复使用这一概念。公司CEO伊隆·马斯克(Elon Musk)从15年前公司初创时起就一直梦想着可复用火箭,尽管在当时他们手里只有一枚猎鹰LV型火箭。这枚火箭后来变成了猎鹰1号火箭,2003年曾被马斯克摆放在美国华盛顿特区国家广场上展出。这家公司的网站上称,可重复使用是“使人类成为多行星物种的关键”,因为它能够降低发射成本,使得100万人殖民火星成为一个切实可行的计划。

SpaceX对可复用火箭的研究始于它位于美国得克萨斯麦格雷戈的试验场,当时使用的是一枚名为蚱蜢(Grasshopper)的原型火箭。在一系列最终都以壮观火球终结的着陆尝试之后,2015年12月,该公司在美国卡纳维拉尔角成功回收了首枚一级火箭。同样的壮举后来多次在陆地和海上实现,但SpaceX还从未复飞过任何一枚回收火箭。

直到现在。

SpaceX从无到有实现一级火箭回收的(几乎)完整历程,都浓缩在这段视频里了。视频最后在海上回收的那枚火箭,本周即将再次发射。视频来源:The Yellow Dart

SpaceX负责任务保障的副总裁汉斯·克尼格斯曼(Hans Koenigsmann)谨慎地将火箭回收实验描述成此次发射的次要任务,首要任务当然是将美国国家海洋和大气管理局(NOAA)价值3.4亿美元的深空气候观测站(Deep Space Climate Observatory)发射到距离地球150万千米的L1拉格朗日点。

回收第一级

2013年9月29日,猎鹰9号火箭第一级首次尝试受控再入返回。这次飞行中第一级火箭成功完成了第二次点火减速、受控再入和第三次点火,但点火后箭体滚转速度过快,说明姿态控制系统能力有所不足。火箭第三次点火成功后很快关机,箭体以45米/秒的速度摔坏了,不过这次成功足以让人大喜过望。

值得一提的是,猎鹰9号火箭第一级的第二次点火是高空高超音速下进行的,这对火星探测也有很大的意义。由于火星大气过稀薄减速慢,现有的亚音速降落伞只能在低海拔地区使用,要降落到高海拔地区需要难度极大的超音速降落伞或是高空火箭反推技术。SpaceX进行的世界首次高空高超音速下的点火,正是美国航天局梦寐以求但暂时没有预算进行研制的技术。

2014年4月22日的CRS-3货运任务中,猎鹰9号火箭第一级进行了第二次受控再入。箭体加上4只着陆腿后,火箭第一级姿态得到了很好的控制,海面上方的第三次点火成功将下落速度降到很低,第一级落水后还发送了8秒的信号,证明火箭第一级成功实现软落水。可惜当时海上风浪很大,箭体最终还是破碎了。

2014年4月22日,猎鹰9号一级火箭尝试在水面软落水成功。视频来源:SpaceX

受此鼓舞,SpaceX决定再次进行受控再入试验,也就是此次即将进行的海上平台降落试验。这将为未来的飞回陆上发射场着陆奠定基础。

海上定点降落,主要难度在于驳船长宽只有300英尺×100英尺,而火箭第一级着陆腿展开后就有70英尺,加上驳船无法固定,精度达到10米以内精确“命中靶心”十分困难。不过,这次试验第一级箭体综合使用了反作用力控制系统、栅格翼气动控制装置、GPS定位系统和着陆雷达等多种手段,保证10米级别的制导降落精度并不太难。况且,启动主发动机减速和垂直降落,更是“蚱蜢”和F9R飞行器曾多次试验过的内容。总的说来,这次试验的难度要比前两次试验小一些。但SpaceX的CEO马斯克仍然谨慎表示,试验最多只有50%的成功几率。

猎鹰9号第一级这次试验将是人类现役运载火箭的第一次回收试验,也是运载火箭可重复使用发展史的上一块重要的里程碑。如果成功的话,SpaceX距离火箭第一级的重复使用就将只有一步之遥。我们期待SpaceX能获得一枚完整的火箭第一级,更期待他们能在不远的将来实现火箭的重复使用,从而大幅度降低火箭发射费用!(编辑:Steed)

第5批次,为载人而生

SpaceX对第5批次的猎鹰9号进行了多项改进,包括重新设计了复合材料缠绕压力容器(COPV)和默林1D发动机上的涡轮泵——前者存在隐患,曾导致一枚猎鹰9号火箭在发射塔架上爆炸;后者则在发射和高强度地面测试后出现过裂缝。

之所以要重新设计修正这些隐患,是因为第5批次的猎鹰9号将承担起载人龙式飞船的发射任务,这就要求火箭的设计必须达到和超过最严格的NASA载人发射要求。按照NASA的要求,在第5批次的猎鹰9号火箭定型之后,SpaceX必须“冻结”配置不得再作更改,并且进行至少7次发射成功,然后才会被允许用来进行载人航天发射。

不仅如此,第5批次的猎鹰9号还将肩负起SpaceX快速廉价复用火箭的梦想。此前的猎鹰9号火箭发射,虽然回收几乎已经要成为常态,但仍然属于试验性质。回收下来的火箭,也确实有几枚进行过二次发射,但这并不是真正意义上的重复使用,毕竟这些火箭回收之后还需要经过长达数月的检修和翻新,而且无法保证还能够进行第3次发射——这也是最近几枚第3批次的猎鹰9号火箭在二次发射后便不再回收的主要原因。

第5批次的猎鹰9号火箭,正是在此前这么多次回收和复用试验的基础上,对火箭的设计进行优化和升级而来的最终版本。除了要满足NASA严格的载人发射要求以外,它还有另一个目标——在几乎不作整修的情况下至少重复发射10次,而在定期维护的情况下能够重复发射100次以上。

可以说,第5批次的猎鹰9号才是真正意义上能够快速廉价重复使用的运载火箭

betway必威官网手机版 12第一枚第5批次的猎鹰9号火箭,从外观上就能看到许多不同。图片来源:Gary Blair

到底有哪些第一?

要准确描述这次发射占了哪些第一,需要仔细限定一些范围。准确说法应该是:

这是第一次,曾被用于轨道发射的一枚液体燃料火箭推进器,将被重复用于第二次轨道发射。

之所以强调“轨道”,是因为蓝色起源公司此前已经实现了亚轨道飞行的可重复发射。之所以还必须强调“液体燃料”,是因为航天飞机使用的固体燃料火箭助推器也是可重复使用的。要不然,我们也可以划掉“液体燃料”,再加上一些词句来强调这枚火箭是垂直着陆回收的,而不像航天飞机助推器那样是吊在降落伞下溅落到海洋里回收的。

“在上次相当硬的着陆之后,我们已经做了一些调整,”克尼格斯曼说,他指的是1月10日那次不太成功的着陆。“我们修复了那些问题。”

快速复用的梦想

与前几个批次相比,第5批次的猎鹰9号最明显的区别在于外观——箭体上一些最敏感和关键的部位被涂装成了黑色。这些黑色涂装由一种称为Pyron的超级耐热材料构成,覆盖在以往回收火箭表面最容易被烧灼的区域。不仅如此,箭体侧面一些管线的表面也覆盖了这种材料。有了这层防护,猎鹰9号的关键部位在火箭返回大气层时,将与外界高达1200℃的高温彻底隔绝。

钛制栅格翼,是第5批次猎鹰9号的另一项重要升级。此前的猎鹰9号火箭大都使用铝制栅格翼,它们在火箭重返大气层时展开,用来引导火箭下落的方向,同时也承受着大量的热量。在一些速度较高的火箭回收尝试中,直播画面里甚至能够看到铝制栅格翼在高温下开始部分熔化。而钛的熔点要高得多,完全不会出现这样的问题。在重型猎鹰首飞时,侧面的两枚助推火箭上就已经使用了钛制栅格翼。

而最重要的一项升级是针对底盘的。火箭底盘不仅需要可靠地传递9台默林1D发动机产生的近200万磅(大约900吨)推力,在火箭回收进入大气层时,面对高温高热,底盘也不得不首当其冲。在第5批次之前,猎鹰9号的底盘使用的是一种烧灼型隔热材料,类似于龙式货运飞船的绝热罩。因此,在每次发射和回收之后,都必须仔细检查和替换隔热材料,才能准备下一次发射。而在第5批次的火箭上,底盘的隔热材料换成了一种耐超高温的金属合金,称为inconel,不再需要每次都仔细检查和替换,省了下最耗时间的一项整修任务。

betway必威官网手机版 13第5批次的猎鹰9号火箭重返大气层减速准备着陆的场景,目前只是艺术画,相信很快会成为现实。图片来源:brickmack

结合这些升级,最终版本的猎鹰9号火箭在回收复用时将比之前的火箭轻松许多。有了这样的火箭,再加上SpaceX正在尝试的整流罩回收,该公司很可能会实现伊隆‧马斯克之前提出的目标——把航天发射的成本降低到原先的1/10。

现在,第一枚第5批次的猎鹰9号火箭,已经竖立在了麦格雷戈的试验场上等待点火试验。它的第一次发射,暂定于2018年4月,将从肯尼迪航天中心的39A号塔架,把Bangabandhu-1通信卫星送往地球同步轨道。

或许这次发射不会像重型猎鹰首飞那么引人注目,但在迈向廉价、快速、可重复发射这一目标的道路上,这很可能是SpaceX跨出的最重要一步。(编辑:Steed)

这听起来好像也不是非常厉害……

不,仍然非常厉害!或许这样来描述这次发射才更合适:

SpaceX打算把可重复使用的概念推进到前所未有的程度。

NASA也曾经尝试过可重复使用的火箭,那还是在航天飞机时代,从1981年一直到2011年。除了固体火箭助推器以外,航天飞机本身也可以重复使用,包括航天飞机的3台主发动机。但航天飞机项目原本雄心勃勃想要达成的可重复使用的目标,从来就没有实现过。航天器翻新和复飞的时间远远长过预期,到项目结束时止,航天飞机单次发射的成本高达5亿美元。

蓝色起源公司的新谢泼德(New Shepard)火箭系统已经发射和重复发射多次,但那些发射只不过是亚轨道的试验飞行。SpaceX即将复飞的火箭可是要进行轨道发射的,而且还是收费的商业卫星发射。

那次硬着陆虽然导致火箭损毁,但火箭上的制导系统和发动机明显按设计发挥了作用,将14层楼高的火箭第一级引导到了足球场大小的一艘驳船上。不过,在猎鹰9号最后垂直降落的时候,用于驱动4个气动稳定栅格冀的液压油耗尽了。

你说能省钱,能省多少钱呢?

我们并不知道,因为SpaceX和此次卫星发射的客户SES,全都是私人公司。

猎鹰9号火箭发射卫星到地球同步轨道的官方报价是6200万美元。实际的发射成本可能更高,取决于你需要多少地面支持。举例来说,NASA和NOAA联合发射Jason-3到近地轨道,就花了8200万美元。

SpaceX已经向他的客户暗示,如果发射后不要求必须扔掉火箭,最终的报价可能会打个30%的折扣。足够轻的载荷让SpaceX能够在火箭上添加着陆支架和栅格翼,还能省下一部分燃料用于降落。

如果你愿意使用“经过飞行验证”的火箭来发射,公司总裁兼COO格温·肖特韦尔(Gwynne Shotwell)说,那还有可能给你再多打10%的折扣。

betway必威官网手机版 14“经过飞行验证”的火箭,这是SpaceX对回收火箭的正式称谓。本周,图中这枚“经过飞行验证”的火箭就将再次发射,完成回收火箭重复使用的最后一环。图片来源:SpaceX

SpaceX首席执行官伊隆·马斯克(Elon Musk)说,此次发射所用的火箭携带了“足够多”的液压油来修正这个问题。马斯克在推特上说,就算这次还是爆炸,也得换一个原因才行。

这枚火箭哪里来的?

这枚一级火箭是从CRS-8发射任务中回收下来的,上次发射是2016年4月8日,将一艘龙式货运飞船送往了国际空间站。

那次发射之后,这枚火箭成功完成了首次海上着陆,垂直降落在“Of Course I Still Love You”号无人驳船的甲板上。伊隆·马斯克原本计划去年6月复飞这枚火箭,但计划后来被推迟了,9月发射塔架上的火箭爆炸把这件事一推再推,直到现在。

betway必威官网手机版 151月10日,SpaceX首次尝试在海上驳船回收火箭时,由于控制姿态的液压油提前耗尽,火箭没能顺利回收。图片来源:POCKN

说了这么多火箭的事,这次究竟要发射啥?

这次的载荷是SES-10通信卫星。它将前往地球同步轨道,将定点在西经67度的赤道上空,为拉丁美洲提供通信服务。

SES公司说,巴西还将使用这颗卫星来勘探外海的油气田。

“我们在着陆减速点火开始后不够就耗尽了液压油,”克尼格斯曼说,“就差了一点点。个人而言,我觉得在回收和再利用火箭这条道路上,上一次我们取得了巨大的成就。我根本没把它看成是失败。对我来说,这是只是发展过程中的一步而已。”

这事儿能成吗?

SpaceX确信这次能够成功。否则,这家公司大概也不会冒险把他们客户价值上亿美元的通信卫星给搭进去。

2016年完成CRS-8的发射任务被回收下来之后,这枚一级火箭被SpaceX重新拉回了卡纳维拉尔角的发射塔架进行过点火试验。后来,这枚火箭又被运回得克萨斯接受了更多的检测。当地时间本周一(3月27日),它又通过了发射塔架上最后的静态点火测试。

如果一切顺利的话,这枚火箭将再次着陆于“Of Course I Still Love You”号驳船的甲板之上。接下来,假设这枚火箭没有成为哪家博物馆的藏品,或许我们还将看到它再一次发射升空。(编辑:Steed)

用于火箭着陆的那艘驳船在1月10日那次硬着陆中几乎没有损坏。克尼格斯曼说,这一无人着陆平台目前正停泊在卡纳维拉尔角东北方向约600千米的海面上。

按照美国空军发射气象官迈克·麦克阿立南(Mike McAleenan)发布的天气预报,着陆区域的天气应该是有利的。

目前的预报是以晴为主,能见度好,海浪高60-120厘米。麦克阿立南说,海面上有南风,风速大约10节(3级)。

卡纳维拉尔角的猎座9号发射地点,天气预报也近乎理想,天气适宜发射的可能性高达90%。

猎鹰9号一级火箭通常的降落过程需要发动机进行3次点火制动,但此次发射的特殊性要求SpaceX必须放弃其中一次制动。在一二级火箭分离后火箭第一级返回地球的过程中,一级火箭的9台煤油默林发动机中的一部分,不会再次点火3次,而是只会点火2次。

“火箭发射的轨道有不少不同之处,”克尼格斯曼说,“我们会进行一次再入点火和一次着陆点火。火箭第一级再入大气层的速度实际上会更快一些,这会……降低一点成功率。”

原本设计将火箭第一级送回佛罗里达的第一次点火,在此次发射任务中已经被省略了。

“原本我们还有一次点火,”克尼格斯曼说,“但这一回我们不能进行这次点火,因为它所要用到的推进剂会被主发射任务用掉。”

此次发射的时间被设定在美国东部时间2月8日下午18:10:12(北京时间2月9日上午7:10:12),猎鹰9号将从卡纳维拉尔角的40号发射平台升空。发射时间刚好在日落之后2分钟,将给美国佛罗里达州方圆数百千米地区的观众带来一场壮观的发射演出。

“一二级分离之后,我们会将第一级翻转180度,”克尼格斯曼说,“这次发射是在日落时刻,大概会很适合观看。天空的能见度可能会很好,你能够看到第一级翻转。然后,它会滑行一段时间,经过远地点,然后开始下落,这正是再入点火开始的时刻。”

火箭第一级最高将达到130千米的高空,从卡纳维拉尔角沿着大约70度的方位角(东北偏东方向)的一条拱形轨迹运行。

再入点火之后,火箭将以5马赫左右的速度再次落入大气层,利用空气摩擦进一步减速。一旦火箭速度降至每秒大约250米,并张开4个液压驱动的栅格翼,火箭第一级位于中间的那台发动机将最后一次点火,并展开4条长达21米的碳素纤维及蜂窝铝合金着陆腿。

克尼格斯曼说,它将在升空9分钟后抵达驳船。

技术人员将在距离驳船几千米以外待命,一旦火箭着陆成功,就会登陆驳船,用焊接的钢制蹄铁固定火箭,并排空火箭中剩余的推进剂及气体,然后将它运回佛罗里达州的杰克逊维尔港。

如果所有事情都按照计划成功完成的话。

betway必威官网手机版 16工程师在猎鹰9号一级火箭上加装了4个栅格翼, 以增加火箭在回收着陆过程中的稳定性。但在1月10日的那次回收尝试中,控制栅格翼的液压油提前耗尽,导致着陆没有成功。图片来源:SpaceX

对于此次回收火箭的成功率,克尼格斯曼坚持采用马斯克在1月10日那次发射之前对着陆成功的预计,即50%。

“对我来说,我们已经修复了上次出现的一个问题,”克尼格斯曼说,“可能还有问题在等着我们。很明显,这是一件困难的事情,而且与此同时,(这次发射的)轨道要求也更加困难。”

他说,与1月10日的发射相比,一级火箭此次将要承受的气动压力将是上次的2倍。

猎鹰9号的下一次发射预定于2月27日,将把两颗通讯卫星送入静地转移轨道。将两颗沉重的通讯卫星送上较高位置的目标轨道,将耗尽猎鹰9号火箭第一级的几乎全部推进剂。SpaceX计划拆除火箭第一级上的着陆腿,不会尝试在驳船上着陆。

按照计划,SpaceX今年还有更多发射任务,能够再次尝试船上着陆。船上着陆成功之后,最终才会尝试在陆地上着陆回收一级火箭。

betway必威官网手机版,“这是一个循序渐进的过程,”克尼格斯曼说,“在接下来的一年,我们有足够多的机会尝试并且完善一级火箭着陆。”

与此同时,克尼格斯曼说,他希望公众能够更关注火箭发射升空的那部分,而非降落下来的那部分。

“不要从首要任务中分心,这一点非常重要。”(编辑:Steed)

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