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如何正确地“黑”SpaceX(四):SpaceX的火箭回收之梦
关键字: 可回收火箭猎鹰9FT可复用航天器连续意外和着陆失利,令公司以及其支持者方面感到沮丧。可既然定下了上述任务的方针,又岂能轻言放弃。
2015年12月22日,SpaceX公司再战火箭回收项目。但和之前有所不同的是,鉴于本次发射的轨道通讯公司新一代低轨道通讯卫星群组总质量较小(11枚立方星合计1892千克重),火箭剩余运能充沛,可以预留足够的燃料、选择风险较小的返场回收弹道。
轨道通讯公司新一代低轨道通讯卫星群组。照片拍摄时,全部11枚立方星均已固定于卫星分配器上了
本次发射的载荷,11枚轨道通讯公司新一代低轨道通讯卫星
空置状态的卫星分配器
此外,为提高成功率,这一次将着陆点由海上的回收式自航平台,调整为原地返场着陆,降低任务难度以谋求突破。更为重要的是,本次用于执行回收测试的,是猎鹰9号系列中最新的“全推力”版(Falcon 9 full thrust,即FT型)。与v1.1版相比,其全箭长度更是延长到了骇人听闻的70米,长径比超过了19【注释:此前的v1.1版虽号称超过19,但实际是高于18】,质量则增加到了549.054吨,比505.846吨的v1.1版重了大约8%。此外,既然名曰“full thrust”,其引擎在梅林1D上进行了调整和优化,成为实际上的梅林1D+。故其起飞推力号称可达7607千牛,比v1.1版多了大约20%。
在发射前,整个团队认真检讨了之前所犯过的错误并考虑对策,然后认真检查了火箭的每个环节,对尚不妥善的引擎和火箭的分离系统进行了修改,甚至专门调整了燃料的配比。
而本次发射任务也少见的一波三折,被多次推迟。最终,在当地时间2015年12月21日20时29分,于卡纳尔拉尔角发射升空。
首枚猎鹰9FT火箭的第一级,在发射数分钟后完成任务,顺利地与上面级分离。随后其按照程序开始调姿转向,向着卡纳维拉尔角上空返航。当晚20点38分,在SpaceX全体员工以及全球数十万支持者的期盼中,火箭的第一级成功在发射场边的着陆区实现了自主式垂直降落降落。在当天的直播视频中,笔者听到了如同海啸般的持久的欢呼声。
美国东部时间2015年12月21日晚上20点38分,首枚最大推力版猎鹰9火箭的第一级,在完成了任务后成功返航发射场,并最终凭借自身动力实现了垂直降落
延时摄影展示的轨迹——在2015年12月21日晚上的任务中,起飞和降落时,火箭划出了两条轨迹,呈现出了SpaceX公司名称中那个被大写的“X”
实现第一级的返场垂直回收,只是SpaceX整个复用式航天器计划的1/3任务。究其原因,是因为该方式代价过大。事实上,国内航天业界此前已就可复用回收火箭系统的可行性和经济性有过系统的分析。由于SpaceX至今不未公布其火箭与回收系统的明确技术参数,相关报告只能搜集现有的猎鹰9以及其回收系统的概略数据,进行量化分析:
报告认为,以目前的猎鹰9要实现一子级垂直返场(类似2015年12月23日实现的返场回收模式),需要预留15.29%~17.11%的推进剂量。折算下来,其运载能力损失在52.6%~56.76%之间。相较而言,若其一子级不返回原场回收,而是选择在海上的回收平台回收,则仅需要预留6.82%的推进剂量。折算其运载能力损失为28.9%。
故,相对于大返场模式的运力直接打6折,海上着陆自然具有较明显的优势,其不足30%的运力损失尚在能够接受的范围内。总之,无论如何,12月21日的成功终究是激励了团队,也使全世界的支持者在领教了近一年的不断失望后,复又信心百倍。
2016年1月17日,最后一枚v1.1版猎鹰9号火箭,搭载着Jason-3海洋观察卫星,从加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空。然而在火箭的回收过程中,第一级虽经较为成功的减速在着陆平台上实现软着陆,但一根着陆支架未能实现锁定,最终导致箭体倾覆爆炸。
就在这次失败的一个半月以后的3月4日,SpaceX公司迎来其自创建以来的最重要一次“考试”——SES-9任务。
SES-9是一枚同步轨道通讯卫星,其属于总部位于卢森堡的欧洲卫星公司。该卫星基于波音公司702HP平台,额定功率12.7kw、搭载多达57个高能Ku转发器,计划定点于108.2°E位置地球同步轨道。最为关键的是,该卫星重达5271千克,是迄今为止SpaceX接到的GTO发射合同中最重、也是最为贵重的一单。如果这一单顺利入轨,则意味公司从此获得了在航天发射市场内的正式会员资格。反之,马斯克很可能将会把此前辛苦数年换来的一切统统赔进去。所以,只要发射成功,即可万事大吉。
迄今为止SpaceX发射过的最昂贵太空资产,SES公司9号通讯卫星
而该任务的难处,在于其接近了现有猎鹰9FT的运力极限。为了最大限度压榨F9FT的潜力、提高运力,这次发射任务首次采用了燃料深冷加注技术,把液氧的温度降低到沸点以下几十度,因为液氧密度增大、可以多加注一些燃料。
发射计划原本定在2月末,但连续4次或因为天候、系统自检问题以及船舶误入降落区等缘故而推迟。特别是2月28日,火箭由于等待误入降落区的船只离开而延期35分钟发射。因等待过久,导致之后点火时箭体内液氧贮箱温度升高产生气泡,继而引发推力不足问题。检测到故障的火箭控制系统紧急终止了发射程序。所幸星箭平安,未酿成大祸。
3月2日,“罚站”近一周的火箭被从发射台卸下,送入就近的车间进行应急维护。尽管存在相当大的风险,但SpaceX已是骑虎难下。因为再拖下去,发射合同将面临延期违约的风险。而一再的意外,也可能重挫支持者乃至投资人的信心。故马斯克拍版,3月4日必须发射。有条件就射,没有条件也要创造条件射!
在马斯克的职业生涯中,这类近似赌博的情况已经有过多次。最近的一次,莫过于2008年凶险的8月。当时,SpaceX和特斯拉均耗尽了现金,距离破产仅一步之遥。好在NASA成为了猴子请来的救兵,及时投下了十几亿的合同。而这一次,他又博对了!
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- 责任编辑:荀越
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