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可重复使用运载器的意义、难点和前景

来源:新浪网

  2015年12月22日,美国太空探索技术公司的猎鹰9号火箭在世界上首次成功进行第一级有动力垂直回收,在全球产生了巨大影响。下面,我就此事的意义、难点和前景谈谈自己不成熟的看法。

  一 意义重大

  1。经济意义

  首先是其经济意义,最大的意义也是经济意义。因为目前的火箭都是一次性使用的,成本很高,运用一公斤东西上天大概要一两万美元,所以这就大大限制了开发太空的规模和效益。而猎鹰9号实际上目前已经是最便宜的运载火箭了,它报价是5000万到6000万美元,比其他的都便宜。但是如果能够回收,它就能大大地降低成本,据悉,如果能够回收第一级并且重复使用,就可以使火箭的成本降低80%。如果能够回收第一级和第二级,能够降低成本到98%。因为整个火箭燃料费用成本只有20万美元,所以如果能够回收的话,再重复使用,就可以大大降低成本。

  研制可重复使用火箭的第一步就是回收火箭,现已迈出,以后还要多次试验,由成功变为成熟,包括在海上平台上回收;今后还要突破和掌握回收第二级技术,从而奠定可重复使用火箭的基础。但是否需要回收第二级还应综合考虑,进行多方面论证,因为第一级火箭是有九台发动机,回收的难度比第二级可能还要容易点,第二级回收的难度既大,而且只有一台发动机,所以在经济不一定合适。最后是突破和掌握经过对回收后的火箭进行低成本维修后的重复使用技术,不能走航天飞机老路,打造真正能商业化的低成本重复使用火箭。

  另外,由于可重复使用火箭可使每次发射的费用大大降低,这就意味着能设计比现在便宜得多的卫星,而不必再花费大量资金来确保其长寿命的工作状态,因为发射费用很便宜,如果卫星坏了,再发射一颗填补空缺便是。

  还有,回收火箭还能保障地面人员和财产的安全。回收火箭也可以保护环境,因为一些火箭的燃料是有毒的,每次发射后会残留一些。

  其实,降低航天成本还有很多方法,例如,在轨组装、制造、维修、加注,就地取材、闭环使用等。比如现在国际空间站上已经有3D打印机了,已打印出零部件。

  在当今的时代,不能够一味地追求技术的先进性,而且还要考虑经济性和可靠性。像航天飞机技术很先进,它不经济、很贵,原来设想的是飞一次只需三千万到四千万美元,但实际上由于它的维修量非常大,每次飞行成本4亿到5亿,而且非常不可靠,研制了五架,损失了两架,还牺牲了14名航天员,所以经济性是非常重要的,可靠性也是非常重要的。

  还有包括大家知道的“铱星“也是,技术上很先进,但是由于太昂贵,所以很难进行商用,现在主要用于军用,以及用于探险和救灾的特殊领域。

  2。技术意义

  这次回收火箭成功,除了有经济意义以外,还有重要的技术意义,在人类历史上率先验证了轨道运载火箭的回收技术,为未来打造可重复使用运载火箭,大大降低运载火箭发射成本奠定了重要技术基础。低成本进入太空是人类很久以来的一个梦想,而回收运载器、回收航天器后的重复使用是一个重要的手段,这不仅是商业上的需求,也是载人航天的需求,还是科学上的需求。

  其实回收这个思路和做法并不新鲜,人类已经进行过大量的回收活动。大家都知道的,航天飞机和宇宙飞船都是回收的,因为有人必须得回收。美国曾发射过135架次航天飞机,成功回收133架次,苏联也回收过1次暴风雪号航天飞机。美苏都多次回收过大量载人飞船,只失败过2次,我们国家成功回收了所发射的10艘载人飞船。货运飞船大部分是不回收了,只有美国的“龙”飞船是回收的,因为它要带回一些实验样品来。各类返回式卫星是回收的,美苏都多次回收过返回式卫星和载人飞船,我国曾成功回收过22颗返回式人造卫星。

  但是,由于尺寸、外形等原因,我个人认为回收火箭的难度要远大于航天飞机和卫星、飞船的回收。因为越是细长的东西,越不好控制其姿态,要使细长的箭体垂直精确着陆在指定地点就更难。

  比如就火箭来说,在猎鹰9号之前,今年11月,美国蓝色起源公司成功回收了一个叫“新谢泼德”的亚轨道运载火箭,但是它的回收难度远远低于猎鹰9号。除了飞行高度、飞行速度还有能量以外,其中它们的外形差得很远,“新谢泼德”只有20米高,是个矮墩子,而猎鹰9号第一级就是48米,越是细长,回收时的控制难度就越大。

  关于回收技术,有四种回收方式:一种是降落伞垂直下降,第二种是动力反推垂直下降,第三种是无动力滑翔飞行,第四种是有动力滑翔飞行。猎鹰9号是采用了第二种,美国航天飞机是采用的第三种,暴风雪号是采用的第四种。据最新报道,航天一院也开展火箭回收技术的研究。2015年11月下旬,该院成功完成了运载火箭子级回收群伞空投试验,这标志着我国运载火箭在部段回收技术上取得了新的进展,离实现可重复使用又近了一步。一院采用的是第一种,返回式卫星、可回收的飞船也是采用这种。

  其实最早进行有动力控制回收试验的是美国的“三角快帆”,但是它成功进行了三次试验,进行第四次试验失败以后,美国就停止了试验。先进的运载器回收技术对航天器的回收也是有借鉴意义的。例如,返回式卫星现在基本上都用得很少了,目前主要用传输式卫星,但是现在又有人提出研制可重复使用返回式卫星,因为返回式卫星如果能重复使用的话,这样就大大降低了成本。返回式卫星还是很有用的。像空间站有些生物实验和生命科学实验等,在太空停留时间不能太长,而要在空间站上进行,返回一次时间比较长,所以这种短期实验用返回式卫星比较合适。如果用可重复使用返回式卫星的话,成本很低,就能比较经济的开展这方面实验了。

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