回笼火箭,居然不是SpaceX

2019-11-21 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(76)

图片 1SpaceX将尝试把猎鹰9号的一级火箭垂直着陆到大西洋上的一艘驳船上。图片来源:reddit.com

蓝色起源公司公布了新谢泼德飞行器第二次试飞的视频。这次试飞实现了从距地面100千米以上的太空垂直着陆回收火箭的壮举。视频来源:蓝色起源

1月10日,太空探索技术公司(SpaceX)将进行CRS-5任务的发射,使用龙式飞船执行例行的国际空间站货运任务。不过,对于绝大多数航天专家和爱好者来说,这次发射任务更值得关注的是猎鹰9号火箭第一级的海上回收试验,因为这是人类第一次真正地火箭回收试验。

垂直起降复用运载器,这个技术大坑曾经“坑杀”过无数航天前辈,连美国研制的“三角快帆”最终也半途而废。然而,这一技术时下已经成为热门,太空探索技术公司(SpaceX)的猎鹰九号火箭(Falcon 9),和蓝色起源公司(Blue Origin)的新谢泼德飞行器(New Shepard),都是典型的垂直起降复用运载器。

无论有没有关注过航天,任何人对航天发射的高昂费用恐怕都有所耳闻。SpaceX以发射价格低廉而闻名,可是上官网查查它的发射报价,主力猎鹰9号火箭一次发射也要5650万美元,折算人民币就是3.5亿元。居高不下的航天发射成本,制约着航天工业的发展。

根据蓝色起源公司的消息,11月23日新谢泼德成功实现了人类历史上第一次越过卡门线(即距离地面100千米、标志着太空起点的分界线)的垂直起降。

那么有没有办法降低成本呢?其实一枚火箭的成本,燃料仅占很小一部分,火箭的导航制导控制、储箱和发动机等部分,才是绝对的大头。如果一枚火箭可以重复使用,就可以大大降低成本。工程师提出了可重复使用航天器的概念,试图从根本上降低成本。只是谁也不曾想到,这条道路竟然如此艰难和漫长。

新谢泼德试飞

说起蓝色起源公司,它的老板杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)是无法回避的主角。贝索斯试图从太空亚轨道旅游出发,最终实现廉价往返太空的目标。新谢泼德飞行器就是贝索斯实现梦想的工具,它将首先服务于亚轨道太空旅游。

蓝色起源公司重新集中起“三角快帆”DC-X的研究团队,试验飞行器的外形和设计也与DC-X相当相似。2006年蓝色起源公司开始“戈达德”(Goddard)原型飞行器的飞行试验,成功飞到了87米高度并垂直着陆。第二具试验飞行器被称为PM2,进行了两次试飞,其中2011年8月的第二次试飞中,飞行器飞到14000米高空,速度也达到了1.2马赫。虽然这次试验中飞行器由于攻角超限坠毁,但它的飞行包线不仅远远超过了DC-X的试验记录,也是今天SpaceX的两只“蚱蜢”(Grasshopper)试验飞行器从未达到的高度。

继承了“三角快帆”的基础,又有“戈达德”的试飞经验,虽然千呼万唤始出来犹抱琵琶半遮面,但新谢泼德的试飞要顺利得多。新谢泼德是一种单级复用运载器,使用了50吨级推力的BE-3液氧液氢发动机,这在商业航天公司中别具一格。一般来说,液氧液氢燃料较贵,而发动机和储箱要付出更多的研制生产成本,哪怕复用也不太适合斤斤计较的商业航天公司,但新谢泼德打破了这一传统。究其原因,新谢泼德除了用于亚轨道旅游,还是未来蓝色起源大型运载火箭第二级的试验器。

对比传统一次性火箭,新谢泼德推进段增加了环形和鳍形稳定翼,多个减速板和液压系统驱动的尾翼,尤其是尾翼可在约4马赫的高速下工作,保证下落过程中的稳定性。

2015年4月29日,新谢泼德进行了首次试飞,飞行器达到了93.5千米的高空,随后返回舱分离并成功着陆,但由于液压系统故障,推进段的垂直着陆失败。第一次飞行验证了新谢泼德总体设计的可行性,从实际飞行试验看,新谢泼德的设计并没有明显问题,成功已经指日可待。

2015年11月23日的第二次试飞中,新谢泼德成功飞到了100.5千米的高空,推进段分离后受控下降并精确降落在指定位置,完成了人类历史上第一次亚轨道垂直起降试验。相比之下,SpaceX的“蚱蜢”垂直起降试验飞行器飞行高度低到可以忽略,高调宣传的猎鹰九号第一级海上着陆试验则屡战屡败,在试验进度和外界观感上都落了下风。

图片 2从太空返回的新谢泼德火箭运载器,稳稳地垂直降落在预定地点。图片来源:蓝色起源

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