《猎鹰9实现一级重复使用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《猎鹰9实现一级重复使用（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 “猎鹰”9 实现一级重复使用 周凯 郑娟 中国航天标准化与产品保证研究院 太空探索公司的“猎鹰”9-1.2 型运载火箭 3 月 30 日在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射了卢森堡欧洲卫星公司 (SES) 的 SES-10 通信卫星。本次发射采用了“猎鹰”9 火箭去年 4 月 8 日向国际空间站发射“龙”货运飞船时首次在海上成功回收的那枚第一级火箭。这是“猎鹰”9 火箭首次采用用过的第一级进行发射, 使该火箭成为继美国航天飞机之后史上第二种部分可重复使用的运载火箭, 让太空探索公司的火箭重复使用理念最终从设想化为了现实。第一级火箭在工作结束后再次在海上平台上实施了着陆回收, 并取得成功。包括本次
2、发射所用的这枚, 太空探索公司 2015 年以来已先后成功地在陆地和海上回收到了 8 枚第一级火箭。另有 5 次海上回收尝试失败。除 2015 年 12 月首次在陆上成功回收的那枚已立到公司总部外向公众展示之外, 这些回收箭有的被用来开展各种试验, 包括反复多次进行地面试车, 有的则在为未来再次用于发射做准备。有一枚回收箭不能再次参加飞行, 但太空探索公司拒绝说明原因。太空探索公司认为常态化重复使用对降低发射成本至关重要。公司创始人和首席执行官马斯克已提出利用大型运输飞船向火星运送人员和货物的长远设想, 希望最终在那里建立起自给自足的人类文明。这些远大目标需要大大降低航天飞行成本, 而这离不开
3、重复使用技术。NASA 退役航天飞机的两个固体助推器也进行回收和重复使用, 但再飞前的整修和准备工作量很大, 基本上相当于重造。退役航天飞机的轨道器虽能反复多次上天飞行, 但两次飞行之间需耗费大量人力物力来准备。而太空探索公司的目标是要实现类似于航班的操作运营。本次发射所用的第一级火箭在去年 4 月 8 日在大西洋上利用驳船成功回收后被送回卡角, 然后由卡车运回太空探索公司位于加州霍桑的总部, 在那里进行了全面的检查和整修。该级随后被运往得克萨斯州麦格雷戈的试验场, 在那里进行试车, 并在几周前被运回佛罗里达。太空探索公司总裁兼首席运营官肖特韦尔 3 月 8 日在 2017 年卫星大会上说,
4、该公司花了大约 4 个月时间来整修本次发射要用的第一级火箭。她说, 整修时间近期将缩短到 2 个月以内, 最终将压缩到只需一天, 且不会搞人海战术。她还说, 第一级回收让公司能在射后对火箭进行检查, 从而有助于提高可靠性。SES 是去年 8 月宣布同意采用用过的第一级来发射 SES-10 的。虽然双方并未披露发射合同的条款, 但肖特韦尔去年曾表示, 太空探索公司要为愿意采用用过的火箭来发射的用户提供 10%的打折优惠。太空探索公司官员称, 未来的折扣幅度应会更大。该公司对外宣传的“猎鹰”9 火箭正常商业发射任务价格是6200 万美元。敢于当先是让 SES 感到自豪的一点。这家卫星运营商是 20
5、13 年12 月“猎鹰”9 火箭首次静地转移轨道发射任务的用户, 还曾在 1996 年率先使用俄质子号火箭的商业发射服务。SES 首席技术官哈利韦尔称, 省钱不是 SES同意用旧火箭发射的主要原因, SES 的真正用意是要给卫星发射带来更多的机会和更大的灵活性。哈利韦尔还说, 保险商并未因 SES-10 采用用过的火箭发射而额外增加太多收费, 保险费率基本上没有变化。他认为数月的检查、整修和工程评审已让风险得到降低。作为太空探索公司的政府用户, NASA 和美国空军尚未同意采用用过的火箭来发射它们的有效载荷。不过, 有保险商称, 即使出现失败, 火箭重复使用的大趋势也已不太可能出现逆转。由亚马
6、逊网站创始人贝佐斯创办的蓝源公司正在研制强大的“新格伦”火箭, 拟在 2020 年在卡角首飞。该火箭采用甲烷燃料, 将采取同太空探索公司类似的海上平台着陆回收方式。波音和洛马合资的联合发射联盟公司正在研制其下一代“火神”火箭, 有可能也选用蓝源生产的 BE-4 发动机。“火神”的初期飞行将是一次性的, 但联合发射联盟公司正在研究利用防热罩和降落伞对发动机部分进行回收。欧洲新一代阿里安 6 火箭 2020 年首飞时将是一次性使用的, 但欧空局、法国国家空间研究中心和空客赛峰运载公司已在联合研制可重复使用的“普罗米修斯”发动机, 有可能会用在欧洲未来的一种可重复使用火箭上。去年 4 月回收后被送回
7、卡纳维拉尔角港的第一级火箭太空探索公司目前有 70 多次发射的订单储备, 总价值超过 100 亿美元。在“猎鹰”9 火箭因去年 9 月 1 日的发射台上爆炸事故而停飞了 4 个多月之后, 该公司正在逐步提高发射频度, 希望能大概每两三周就发射一次。实现第一级重复使用和完成对卡角空军站受损发射台的修复将有助于其提高发射密度。SES-10 由空客防务与航天公司采用“欧星”3000 平台建造, 发射质量 5282 千克, 配备 55 路 36 兆赫 Ku 波段转发器, 将根据同安共体 (成员国为玻利维亚、哥伦比亚、厄瓜多尔和秘鲁) 的协议运行在西经 67 度轨位, 通过大功率点波束向拉美和加勒比地区
8、提供直播到户广播、企业和宽带连接服务, 覆盖区包括墨西哥、中美和南美以及加勒比, 设计寿命 15 年。该星将采用等离子体电推进系统进行在轨位置保持, 并采用化学推进系统进行初期的轨道提升和某些在轨机动。星上一半的容量将用于接替目前在轨工作的 AMC-3 和 AMC-4 卫星, 另一半将用于 SES 在墨西哥、南美和加勒比地区的新业务。本次发射用于第一级着陆回收的驳船部署在卡角以东约 550 千米的大西洋上。这是“猎鹰”9 火箭第一级第 9 次成功实现着陆回收和首次实现二次回收。9 次成功回收有 6 次是在海上进行, 3 次是在发射场附近的陆地上进行。二次回收的成功会有助于太空探索公司更好地掌握
9、重复使用火箭的性能表现。值得一提的是, 本次回收操作首次启用了一款新型机器人来在驳船甲板上对火箭进行遥控固定, 以保证火箭在运回卡纳维拉尔角港途中的稳固。马斯克在发射成功后的新闻发布会上表示, 除实现第一级二次回收外, 本次发射还首次对火箭整流罩进行了海上着陆回收尝试, 并获成功。他说, 整流罩的一个半罩利用罩上推力器系统和降落伞在大西洋上实现了软着陆。他称整流罩造价约 600 万美元, 其回收成功是“锦上添花”, 并称公司打算对整流罩也进行重复使用。马斯克还说, 太空探索公司还可能会尝试对火箭第二级进行回收。他说, 二级回收原本不在公司规划之列, 但既然二级在每次任务结束时都会被毁掉, 蒙一
10、把试试倒也无妨。马斯克还说, “重型猎鹰”火箭打算在夏末首飞, 并将使用此前飞过的两枚助推火箭作为捆绑。他说, “重型猎鹰”并非只是简单地多捆两枚第一级火箭, 让 3 枚“猎鹰”9 芯级一同工作的技术复杂性远大于原先的预期, 但公司已解决了与此相关的绝大多数难题。“重型猎鹰”将具备超过 54 吨的低地轨道运载能力, 静地转移轨道运载能力为 22 吨, 火星转移轨道运载能力为 13.6 吨。太空探索公司 2011 年对外宣布该型号时曾预计会在 2013 年首飞。导致进度延误的原因包括研制难度高和“猎鹰”9 两次失败所引起的推迟。马斯克说, 若一切顺利, 公司将争取对“重型猎鹰”首飞时的全部 3
11、枚助推器都进行回收, 其中两枚侧装 (捆绑) 助推器将回到卡角空军站着陆, 而芯一级则将在大西洋的无人驾驶驳船上着陆。他 3 月 31 日又发推特称, 着眼于全面重复使用, 公司还考虑在“重型猎鹰”首飞时尝试对上面级进行回收。他说, 这次首飞风险很高, 所以不打算携带贵重的有效载荷。太空探索公司今年共打算让大约 6 枚飞过的“猎鹰”9 第一级再次参加飞行。SES 公司首席技术官哈利韦尔表示, SES 年内还将由太空探索公司发射 3 次, 其中两次考虑采用飞过的第一级。他说, 他相信, 在 24 个月内, 太空探索公司将提供入轨服务, 至于火箭是新造的还是飞过的则无关紧要。马斯克说, 还有三四家
12、用户已同意采用部分重复使用的“猎鹰”9 火箭来发射, 但要看本次发射的结果如何。马斯克在新闻发布会上还表示, 由于具有一定的历史意义, 在本次发射中二次成功回收的第一级火箭可能将就此退役, 并作为礼物赠送给卡角, 以在发射场附近展出。他说, 作为首枚重复使用的轨道火箭, 这枚火箭代表了航天史上一座非常重要的里程碑。马斯克还说, “猎鹰”9 第一级可在不更换部件情况下重复使用 10 次, 若进行对成本影响不大的中等规模整修, 则至少可复用 100 次。马斯克还谈到了“猎鹰”9 火箭的进一步细化改进情况。将在今年晚些时候推出的新升级型号称为 5 型, 主要是要减少第一级再飞准备工作量、提高“灰背隼
13、”发动机的推力和考核未来承担载人发射任务时的安全功能。据 NASA 官员介绍, 该型号需在设计“冻结”后飞行至少 7 次才能开始载人。太空探索公司和波音都在研制用于为国际空间站往返运送人员的商业飞船。太空探索公司的载人型“龙”飞船将由“猎鹰”9 火箭在肯尼迪航天中心第 39A 号发射台发射。按计划, 该公司要在 11 月份对该型飞船进行一次不载人试飞。首次载人试飞最早将在明年 5 月进行。马斯克称, 5 型火箭最重要的一点改进是要让发动机以全推力工作, 推力水平将比现役型号提高约 7%8%。他说, 另外一些重要改进是为了让重复使用工作更加流畅, 比如采用锻造的钛栅格翼来替代铝栅格翼。目前所用的
14、铝栅格翼需涂覆防热材料, 但即便如此还是会在飞行中出现烧灼问题, 不利于重复使用。马斯克还说, 升级型号下降飞行时的控制能力也将有所提高。工程技术人员希望加设一个热障涂层, 以取代一级目前所用的漆, 因为这些漆会因极端再入加热而熔化和起泡。马斯克说, 公司还已解决了火箭底部防热罩的问题。该防热罩用于保护发动机和推进系统管路, 但现在每次发射后都要更换。马斯克说, 升级型号还有一些小的事情需要解决。但他说, 他对明年就实现第一级着陆后24 小时内重新投入飞行的目标感到乐观。除火箭重复使用之外, 太空探索公司还准备在下次执行国际空间站货运补给任务时使用一艘用过的“龙”飞船, 从而实现货运飞船的重复使用。这艘飞船暂定于 5 月 14 日发射。目前用于国际空间站货运补给的飞船还有轨道 ATK 公司的“天鹅座”、俄罗斯的进步号和日本的“H-2 转移飞行器” (HTV) , 但这些飞船在任务结束后都会在再入地球大气层过程中被烧毁。与此不同, “龙”飞船执行完货运补给任务后可借助降落伞在海上溅落回收, 从而可把站上一些物品送回地面。太空探索公司此前发往空间站的每艘“龙”飞船在离站后都得到了回收, 但还从未再次使用过。
