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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?。?1枚立方星合計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)險較小的返場回收彈道。
軌道通訊公司新一代低軌道通訊衛(wèi)星群組。照片拍攝時,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,這一次將著陸點由海上的回收式自航平臺,調(diào)整為原地返場著陸,降低任務(wù)難度以謀求突破。更為重要的是,本次用于執(zhí)行回收測試的,是獵鷹9號系列中最新的“全推力”版(Falcon 9 full thrust,即FT型)。與v1.1版相比,其全箭長度更是延長到了駭人聽聞的70米,長徑比超過了19【注釋:此前的v1.1版雖號稱超過19,但實際是高于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,成為實際上的梅林1D+。故其起飛推力號稱可達(dá)7607千牛,比v1.1版多了大約20%。
在發(fā)射前,整個團(tuán)隊認(rèn)真檢討了之前所犯過的錯誤并考慮對策,然后認(rèn)真檢查了火箭的每個環(huán)節(jié),對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間2015年12月21日20時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,在發(fā)射數(shù)分鐘后完成任務(wù),順利地與上面級分離。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38分,在SpaceX全體員工以及全球數(shù)十萬支持者的期盼中,火箭的第一級成功在發(fā)射場邊的著陸區(qū)實現(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。
美國東部時間2015年12月21日晚上20點38分,首枚最大推力版獵鷹9火箭的第一級,在完成了任務(wù)后成功返航發(fā)射場,并最終憑借自身動力實現(xiàn)了垂直降落
延時攝影展示的軌跡——在2015年12月21日晚上的任務(wù)中,起飛和降落時,火箭劃出了兩條軌跡,呈現(xiàn)出了SpaceX公司名稱中那個被大寫的“X”
實現(xiàn)第一級的返場垂直回收,只是SpaceX整個復(fù)用式航天器計劃的1/3任務(wù)。究其原因,是因為該方式代價過大。事實上,國內(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:
報告認(rèn)為,以目前的獵鷹9要實現(xiàn)一子級垂直返場(類似2015年12月23日實現(xiàn)的返場回收模式),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,若其一子級不返回原場回收,而是選擇在海上的回收平臺回收,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,相對于大返場模式的運(yùn)力直接打6折,海上著陸自然具有較明顯的優(yōu)勢,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了團(tuán)隊,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,第一級雖經(jīng)較為成功的減速在著陸平臺上實現(xiàn)軟著陸,但一根著陸支架未能實現(xiàn)鎖定,最終導(dǎo)致箭體傾覆爆炸。
就在這次失敗的一個半月以后的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,額定功率12.7kw、搭載多達(dá)57個高能Ku轉(zhuǎn)發(fā)器,計劃定點于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)射市場內(nèi)的正式會員資格。反之,馬斯克很可能將會把此前辛苦數(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以下幾十度,因為液氧密度增大、可以多加注一些燃料。
發(fā)射計劃原本定在2月末,但連續(xù)4次或因為天候、系統(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)致之后點火時箭體內(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,但SpaceX已是騎虎難下。因為再拖下去,發(fā)射合同將面臨延期違約的風(fēng)險。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,沒有條件也要創(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年兇險的8月。當(dāng)時,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成為了猴子請來的救兵,及時投下了十幾億的合同。而這一次,他又博對了!
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