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如何正确地“黑”SpaceX(五):回收不能复用和引擎不给力的重猎鹰
关键字: 重猎鹰能源引擎问题军事航天器【文/观察者网专栏作者 查攸吟】
美国东部时间6月12日1时51分,发射任务NROL-37正式启动。隶属于联合发射联盟的德尔塔4H重型火箭,于卡纳维拉尔角空军基地37B工位发射。发射任务进行的一帆风顺,火箭携带的的先进猎户座同步轨道电子侦查卫星于当天早晨7时30分顺利进入了预订轨道。
目前世界上最先进,也是最可靠的重型火箭——ULA的德尔塔4型。图为2016年6月12日,该火箭执行NROL-37任务,发射先进猎户座同步轨道电子侦察卫星时,起飞瞬间的留影
笔者并不清楚埃隆·马斯克关注该任务之时有何表态。但几乎可以肯定的是,其中必然掺杂着各种羡慕与嫉妒。美国军方发射任务——这是马斯克与他的SpaceX所追求的最终目标——暂时可望但不可及,却是最终代表着滚滚利润的终极目标。
然而现在于SpaceX的餐盘内,起码还是有一点安慰的。就在2016年4月27日,美国军方授予SpaceX一份价值8270万美元的发射合同,要求其在2018年将第二枚GPS Block IIIA导航卫星送入轨道。
军队从来都是美国太空发射承包商们的最爱。与这份合同相比,马斯克此前能吃到的所有单子廉价到仿佛是用来打发叫花子。然而,该发射合同与ULA刚刚完成的NROL-37任务相比,也同样不值一提——尽管ULA和军方都没有公布过合同细节,特别是报价问题。然而根据以往惯例,该任务的报价将不会低于3.5亿美元……
镜花水月回收梦
对于SpaceX而言,2016年4月8日的成功是具有历史意义的。然而,向外界证明自己可以稳定地实现控制回收任务,也是非常有必要的,但是SpaceX接下来所要面对的任务却并不轻松。
2016年5月6日,非常重要且具有特殊性的JCSAT-14任务启动,SpaceX研发的火箭第一级回收系统即将迎来真正的“大考”。
同步轨道通讯卫星JCSAT-14属于SKY Perfect JSAT公司的太空资产。该公司是日本最大的卫星营运商,也是日本目前唯一同时营运多条收费电视频道和提供卫星通讯服务的公司。JCSAT-14卫星由美国劳拉空间系统公司制造,重约4.7吨,搭载有26个C段转发器和18个KU 转发器。入轨后,卫星计划将定位于154°E的地球同步轨道上,以取代已运转可12年之久的JCSAT-2A卫星。
对SpaceX公司猎鹰9号火箭以及其回收装置的一次真正考验——劳拉空间系统公司技术水准的体现,JCSAT-14卫星。由于设计需要,猎鹰9搭载该卫星执行任务时,必须教原本设计飞行更多的时间,爬升至更高的高度。这也就使得火箭第一级在回收阶段面临更为严峻的减速考验
本次任务的难点在于,规模和尺寸并不算小的JCSAT-14、在设计中却没有考虑携带大量的燃料,导致该卫星缺乏足够的轨道机动能力,必须更多地借助火箭的运力来提升轨道。对执行发射任务的猎鹰9FT型火箭而言,也就意味着无论一子级还是上面级,都需要比通常的任务飞得更高、更快。对于上面级而言这不是什么大问题,但就需要回收的一子级来说,这可不是个好消息。
通常来说,执行同步转移轨道任务的猎鹰9FT一子级在与上面级分离那一刻,其速度将达到每小时6400千米、差不多是6倍音速。而这一次,一子级将继续爬升轨道、直到每小时8300千米的速度。由于额外的工作时间要消耗更多的燃料,故留给回收减速使用的燃料,较之3月4日搞砸的SES-9任务仅是略有增加。本次任务成功的前提,是飞行的全过程必须确保精确和精准。
5月6日早晨5点21分,在SpaceX的老“地盘”,卡纳维拉尔角发射基地40号工位上,搭载着JCSAT-14的猎鹰9FT顺利起飞。担忧中的危险并未出现,从卫星发射到一子级回收、整个过程无惊无险,接近6点的时候,火箭的一子级已经稳稳落在大西洋海域的回收平台上。
这也是SpaceX推进垂直回收计划以来取得的第三次成功,事实有力地证明了,现有的垂直回收手段已基本成熟。随之而来的,是其支持者的欢呼雀跃,以及对计划于6月进行的、被回收的一子级执行首次复用任务的无比期待。
JCSAT-14任务中,火箭第二级与卫星分离瞬间
第一级回收部分落在海上回收平台上的那一刻
不过,这可能么?
美国东部时间5月16日早晨7点08分,埃隆·马斯克一则推文,给SpaceX的全体支持者浇下一瓢凉水——最近(回收)的火箭遭受了严重损伤,这主要源于非常高的再入速度(导致了什么结果未表述)。它将被用于地面测试以证实其它一切都正常,计划于6月份进行的,采用回收的一子级进行的发射任务被取消了。
5月28日上午,在完成了前一天泰星8号的发射任务后,SpaceX公布了由火箭一子级所搭载的摄像头拍摄的全程录像,其清晰地显示了火箭在动力减速过程中,仍然遭遇到热障挑战的事实。换句话说,马斯克最初认为火箭一子级因为飞行高度低、没有脱离大气层,所以在动力减速回收的阶段不会遭到严重的热障,这个想法过于一厢情愿了。
尽管凭借火箭引擎进行的动力减速可以在相当程度上缓解这个问题,从而避免减重减到极致、结构堪称脆弱的箭体在返回弹道上崩溃解体。但是,猎鹰9火箭大量使用的2195铝锂合金的退火温度仅有200℃,纵然完整降落,经历过高温烘烤、事实上已经局部退火的壳体,除了“卖废品”、又能派上啥用处呢?SpaceX公布了一些被回收的一子级的细节照片,照片显示箭体出现了肉眼可见的损坏,其中特别值得关注的是箭体上部的格栅翼。虽然这个构件离发动机最远、结构上也是经过强化的,依然被熏黑了、格栅出现明显的破损。格栅翼尚且如此,箭体的其它部分又会如何?
另一方面,火箭的着陆平台和起飞工位不一样,没有导焰槽、也没有喷水降温系统,最后着陆阶段、发动机的高温高速喷流在着陆平台甲板上形成反冲,也会给箭体、特别是发动机舱段造成严重损伤。同样是根据SpaceX公布的细节照片,箭体下部的发动机舱段像是经历了一场可怕的火灾,这部分结构、包括发动机本身的状态,实在不容乐观。
今年5月初,停放在机库内的,当时成功回收的3枚猎鹰9FT第一级火箭,
JCSAT-14任务回收第一级转运过程中拍摄的箭体细节照片。
我们可以从细节上看到这枚火箭已经在诸多方面遭到了严重的破坏,根本不可能具备复用价值。而其他两枚的状况,又能好多少呢?
实际上,SpaceX公司方面是对此有足够心理准备的。
2015年10月,在于耶路撒冷召开的第66届国际宇航大会(IAC)上,中国运载火箭技术研究院研发中心可回收火箭团队负责人申麟曾经问过与会的SpaceX公司发射业务的副总裁一个问题:“Space X公司成功回收火箭后,要花多大的成本来实现重复使用?”
彼时,距离SpaceX公司首次实现猎鹰9号火箭第一级的垂直回收,还有近2个多月的时间。而在那时候,这位高管也并没有正面回答申麟的问题。她说了一段模棱两可、绝对正确、却毫无意义的套话:“Space X公司会在可靠性、安全性、成本、技术难度、运载能力等方面进行平衡,综合考虑。”
而就在更早些的时候,该公司负责发射任务的副总裁曾经明确答复媒体:回收系统将能使每次发射任务的成本降低三成。请注意,这还是对着媒体说的场面话,按照常理、最乐观的情况、恐怕还要在此基础上打折扣。当然,若以目前的情况而言,恐怕连上述推论都属于最乐观的预计,实际情况可能只是回收了几十吨废金属而已、可以送到航天博物馆和主题公园充当展品。
除了展览与凝聚人气的意义,从经济角度而言,以目前的技术而言回收第一级是毫无价值的
然而,马斯克亏了么?试问若以聚拢人气赢得噱头的角度来说,一家私人航天发射承包商如果用传统方式打广告搞营销,得投入多少费用、才能有这样的收获?
- 原标题:如何正确地“黑”SpaceX(五):SpaceX的火箭回收之梦 本文仅代表作者个人观点。
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- 责任编辑:荀越
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