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如何正確地“黑”SpaceX(四):SpaceX的火箭回收之夢
關(guān)鍵字: 可回收火箭獵鷹9FT可復(fù)用航天器【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 查攸吟】
早在上世紀(jì)80年代末,蘇聯(lián)就曾設(shè)想過多重可復(fù)用的火箭系統(tǒng)。其中最令人印象深刻的,是以“能源”號(hào)超級火箭為母型研制的ГК-175可回收式重型運(yùn)載火箭。其最大的特征,在于配備了可獨(dú)立飛行滑翔降落的助推器組件。在火箭發(fā)射以后,全部助推器將在空中展開機(jī)翼,以滑翔的方式著陸返廠。
ГК-175可回收式重型運(yùn)載火箭暢想。其主體部分接近一架無人航天飛機(jī),而助推器則各自獨(dú)立具備機(jī)翼構(gòu)造
上述手段科幻且炫酷,但存在著相當(dāng)大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。而相對簡單的,則是自上級70年代末起就開始構(gòu)想的可部分回收火箭系統(tǒng)。在上述構(gòu)想中,火箭只有發(fā)動(dòng)機(jī)部分是需可回收的。在完成任務(wù)后,火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)部分從箭體上分離、氣動(dòng)減速,并在下降到一定高度后展開降落傘。這時(shí),將會(huì)有一架安裝了天鉤回收系統(tǒng)的飛機(jī)從其上方略過,鉤住降落傘將其收回。整個(gè)回收過程很類似飛船返回艙【注釋:在SpaceX咄咄逼人的攻勢下,ULA考慮采用這個(gè)方案,實(shí)現(xiàn)下一代運(yùn)載火箭的部分回收復(fù)用】。
那么SpaceX的回收將采用哪一種方式呢?都不考慮。
類似于ГК-175滑翔回收方式,存在系統(tǒng)復(fù)雜且的風(fēng)險(xiǎn)。而天鉤模式雖然較為可靠,但也需要一套獨(dú)立的分離、開傘系統(tǒng)。且部分回收復(fù)用的方案,根本不可能兌現(xiàn)埃龍·馬斯克的“發(fā)射成本降低90%”的豪言壯語。
故而馬斯克和他的團(tuán)隊(duì)要獨(dú)辟蹊徑:既然火箭可以站著起飛,那么就要站著回到地上。在獵鷹9號(hào)火箭的一子級完成任務(wù)后,它將進(jìn)入動(dòng)力減速/回收彈道,打開一子級上部的柵格氣動(dòng)控制翼面,調(diào)整姿態(tài)、尾部向前,斷續(xù)啟動(dòng)一臺(tái)或者多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減速?;蛘{(diào)頭返航、返回發(fā)射場,或沿濺落彈道的方向、飛向預(yù)設(shè)的回收場地(從卡納維拉爾角發(fā)射場起飛的時(shí)候,回收場地是海上的大型駁船)。在抵達(dá)著陸區(qū)后,發(fā)動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)、把一子級的降到很低的速度,打開著陸支架、對準(zhǔn)著陸靶標(biāo),緩慢著陸。
SpaceX回收過程示意圖
這是一個(gè)炫酷無比的項(xiàng)目,而一切都將從一枚名為“蚱蜢”的火箭試驗(yàn)器開始。
蚱蜢“火箭”矗立于測試場內(nèi)
蚱蜢項(xiàng)目始于2011年末。其大致模擬獵鷹9型運(yùn)載火箭第一級的尺寸、整合以梅林1C引擎,并安裝有一套固定式的輕合金支撐腳組建。自2012年9月21日起,至2013年10月7日,蚱蜢共進(jìn)行了8次發(fā)射試驗(yàn)。滯空時(shí)間從3秒逐漸增加至79秒,飛行高度從1.8米延伸至744米。該項(xiàng)目旨在研究不同環(huán)境和氣流下,火箭的垂直姿態(tài)控制。
在蚱蜢項(xiàng)目取得第一階段成功以后,項(xiàng)目即進(jìn)入到F9R Dev1飛行測試階段。
所謂的“F9R Dev1”,即Falcon 9 Reusable Development Vehicle(獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭可復(fù)用發(fā)展飛行器)之意?;旧夏7聉1.1版獵鷹9號(hào)的第一級,采用相同的箭體和燃料與新一代梅林1D引擎,安裝了可收放式的著陸支撐架,并在箭體頂部安裝4片可控氣動(dòng)格柵用于姿態(tài)調(diào)整。
較之蚱蜢,更為接近獵鷹9號(hào)第一級實(shí)體的F9R Dev1。除安裝引擎數(shù)量外,其大致和實(shí)體別無二致
從2014年4月17日到8月22日,F(xiàn)9R Dev1共進(jìn)行了5次飛行試驗(yàn)。飛行高度最大達(dá)到1000米。試驗(yàn)型全面測試了可收放式支撐腿的動(dòng)作機(jī)構(gòu),并對減速下降階段用來進(jìn)行姿態(tài)控制的氣動(dòng)格柵的控制效率進(jìn)行了評估。不過,在第五次試驗(yàn)時(shí),F(xiàn)9R Dev1意外爆炸損毀。
SpaceX原本計(jì)劃制造F9R Dev2進(jìn)一步進(jìn)行測試評估。不過該項(xiàng)目最后被放棄。而整個(gè)測試飛行階段,也就到此為止。下面是將這個(gè)回收系統(tǒng)安裝上獵鷹9號(hào)火箭,計(jì)劃利用每次發(fā)射任務(wù)來進(jìn)行實(shí)箭測試。
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