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如何正確地“黑”SpaceX(四):SpaceX的火箭回收之夢(mèng)
關(guān)鍵字: 可回收火箭獵鷹9FT可復(fù)用航天器連續(xù)意外和著陸失利,令公司以及其支持者方面感到沮喪??杉热欢ㄏ铝松鲜鋈蝿?wù)的方針,又豈能輕言放棄。
2015年12月22日,SpaceX公司再戰(zhàn)火箭回收項(xiàng)目。但和之前有所不同的是,鑒于本次發(fā)射的軌道通訊公司新一代低軌道通訊衛(wèi)星群組總質(zhì)量較小(11枚立方星合計(jì)1892千克重),火箭剩余運(yùn)能充沛,可以預(yù)留足夠的燃料、選擇風(fēng)險(xiǎn)較小的返場(chǎng)回收彈道。
軌道通訊公司新一代低軌道通訊衛(wèi)星群組。照片拍攝時(shí),全部11枚立方星均已固定于衛(wèi)星分配器上了
本次發(fā)射的載荷,11枚軌道通訊公司新一代低軌道通訊衛(wèi)星
空置狀態(tài)的衛(wèi)星分配器
此外,為提高成功率,這一次將著陸點(diǎn)由海上的回收式自航平臺(tái),調(diào)整為原地返場(chǎng)著陸,降低任務(wù)難度以謀求突破。更為重要的是,本次用于執(zhí)行回收測(cè)試的,是獵鷹9號(hào)系列中最新的“全推力”版(Falcon 9 full thrust,即FT型)。與v1.1版相比,其全箭長(zhǎng)度更是延長(zhǎng)到了駭人聽聞的70米,長(zhǎng)徑比超過了19【注釋:此前的v1.1版雖號(hào)稱超過19,但實(shí)際是高于18】,質(zhì)量則增加到了549.054噸,比505.846噸的v1.1版重了大約8%。此外,既然名曰“full thrust”,其引擎在梅林1D上進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化,成為實(shí)際上的梅林1D+。故其起飛推力號(hào)稱可達(dá)7607千牛,比v1.1版多了大約20%。
在發(fā)射前,整個(gè)團(tuán)隊(duì)認(rèn)真檢討了之前所犯過的錯(cuò)誤并考慮對(duì)策,然后認(rèn)真檢查了火箭的每個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)尚不妥善的引擎和火箭的分離系統(tǒng)進(jìn)行了修改,甚至專門調(diào)整了燃料的配比。
而本次發(fā)射任務(wù)也少見的一波三折,被多次推遲。最終,在當(dāng)?shù)貢r(shí)間2015年12月21日20時(shí)29分,于卡納爾拉爾角發(fā)射升空。
首枚獵鷹9FT火箭的第一級(jí),在發(fā)射數(shù)分鐘后完成任務(wù),順利地與上面級(jí)分離。隨后其按照程序開始調(diào)姿轉(zhuǎn)向,向著卡納維拉爾角上空返航。當(dāng)晚20點(diǎn)38分,在SpaceX全體員工以及全球數(shù)十萬(wàn)支持者的期盼中,火箭的第一級(jí)成功在發(fā)射場(chǎng)邊的著陸區(qū)實(shí)現(xiàn)了自主式垂直降落降落。在當(dāng)天的直播視頻中,筆者聽到了如同海嘯般的持久的歡呼聲。
美國(guó)東部時(shí)間2015年12月21日晚上20點(diǎn)38分,首枚最大推力版獵鷹9火箭的第一級(jí),在完成了任務(wù)后成功返航發(fā)射場(chǎng),并最終憑借自身動(dòng)力實(shí)現(xiàn)了垂直降落
延時(shí)攝影展示的軌跡——在2015年12月21日晚上的任務(wù)中,起飛和降落時(shí),火箭劃出了兩條軌跡,呈現(xiàn)出了SpaceX公司名稱中那個(gè)被大寫的“X”
實(shí)現(xiàn)第一級(jí)的返場(chǎng)垂直回收,只是SpaceX整個(gè)復(fù)用式航天器計(jì)劃的1/3任務(wù)。究其原因,是因?yàn)樵摲绞酱鷥r(jià)過大。事實(shí)上,國(guó)內(nèi)航天業(yè)界此前已就可復(fù)用回收火箭系統(tǒng)的可行性和經(jīng)濟(jì)性有過系統(tǒng)的分析。由于SpaceX至今不未公布其火箭與回收系統(tǒng)的明確技術(shù)參數(shù),相關(guān)報(bào)告只能搜集現(xiàn)有的獵鷹9以及其回收系統(tǒng)的概略數(shù)據(jù),進(jìn)行量化分析:
報(bào)告認(rèn)為,以目前的獵鷹9要實(shí)現(xiàn)一子級(jí)垂直返場(chǎng)(類似2015年12月23日實(shí)現(xiàn)的返場(chǎng)回收模式),需要預(yù)留15.29%~17.11%的推進(jìn)劑量。折算下來,其運(yùn)載能力損失在52.6%~56.76%之間。相較而言,若其一子級(jí)不返回原場(chǎng)回收,而是選擇在海上的回收平臺(tái)回收,則僅需要預(yù)留6.82%的推進(jìn)劑量。折算其運(yùn)載能力損失為28.9%。
故,相對(duì)于大返場(chǎng)模式的運(yùn)力直接打6折,海上著陸自然具有較明顯的優(yōu)勢(shì),其不足30%的運(yùn)力損失尚在能夠接受的范圍內(nèi)??傊?,無論如何,12月21日的成功終究是激勵(lì)了團(tuán)隊(duì),也使全世界的支持者在領(lǐng)教了近一年的不斷失望后,復(fù)又信心百倍。
2016年1月17日,最后一枚v1.1版獵鷹9號(hào)火箭,搭載著Jason-3海洋觀察衛(wèi)星,從加利福尼亞州范登堡空軍基地發(fā)射升空。然而在火箭的回收過程中,第一級(jí)雖經(jīng)較為成功的減速在著陸平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)軟著陸,但一根著陸支架未能實(shí)現(xiàn)鎖定,最終導(dǎo)致箭體傾覆爆炸。
就在這次失敗的一個(gè)半月以后的3月4日,SpaceX公司迎來其自創(chuàng)建以來的最重要一次“考試”——SES-9任務(wù)。
SES-9是一枚同步軌道通訊衛(wèi)星,其屬于總部位于盧森堡的歐洲衛(wèi)星公司。該衛(wèi)星基于波音公司702HP平臺(tái),額定功率12.7kw、搭載多達(dá)57個(gè)高能Ku轉(zhuǎn)發(fā)器,計(jì)劃定點(diǎn)于108.2°E位置地球同步軌道。最為關(guān)鍵的是,該衛(wèi)星重達(dá)5271千克,是迄今為止SpaceX接到的GTO發(fā)射合同中最重、也是最為貴重的一單。如果這一單順利入軌,則意味公司從此獲得了在航天發(fā)射市場(chǎng)內(nèi)的正式會(huì)員資格。反之,馬斯克很可能將會(huì)把此前辛苦數(shù)年換來的一切統(tǒng)統(tǒng)賠進(jìn)去。所以,只要發(fā)射成功,即可萬(wàn)事大吉。
迄今為止SpaceX發(fā)射過的最昂貴太空資產(chǎn),SES公司9號(hào)通訊衛(wèi)星
而該任務(wù)的難處,在于其接近了現(xiàn)有獵鷹9FT的運(yùn)力極限。為了最大限度壓榨F9FT的潛力、提高運(yùn)力,這次發(fā)射任務(wù)首次采用了燃料深冷加注技術(shù),把液氧的溫度降低到沸點(diǎn)以下幾十度,因?yàn)橐貉趺芏仍龃蟆⒖梢远嗉幼⒁恍┤剂稀?
發(fā)射計(jì)劃原本定在2月末,但連續(xù)4次或因?yàn)樘旌颉⑾到y(tǒng)自檢問題以及船舶誤入降落區(qū)等緣故而推遲。特別是2月28日,火箭由于等待誤入降落區(qū)的船只離開而延期35分鐘發(fā)射。因等待過久,導(dǎo)致之后點(diǎn)火時(shí)箭體內(nèi)液氧貯箱溫度升高產(chǎn)生氣泡,繼而引發(fā)推力不足問題。檢測(cè)到故障的火箭控制系統(tǒng)緊急終止了發(fā)射程序。所幸星箭平安,未釀成大禍。
3月2日,“罰站”近一周的火箭被從發(fā)射臺(tái)卸下,送入就近的車間進(jìn)行應(yīng)急維護(hù)。盡管存在相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn),但SpaceX已是騎虎難下。因?yàn)樵偻舷氯?,發(fā)射合同將面臨延期違約的風(fēng)險(xiǎn)。而一再的意外,也可能重挫支持者乃至投資人的信心。故馬斯克拍版,3月4日必須發(fā)射。有條件就射,沒有條件也要?jiǎng)?chuàng)造條件射!
在馬斯克的職業(yè)生涯中,這類近似賭博的情況已經(jīng)有過多次。最近的一次,莫過于2008年兇險(xiǎn)的8月。當(dāng)時(shí),SpaceX和特斯拉均耗盡了現(xiàn)金,距離破產(chǎn)僅一步之遙。好在NASA成為了猴子請(qǐng)來的救兵,及時(shí)投下了十幾億的合同。而這一次,他又博對(duì)了!
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