火箭可以重复使用10次以上,是什么高度?
几年前,马斯克提出这样的豪言壮语时,遭到过外界无数质疑声。
然而,疯狂的马斯克再次用行动证明了SpaceX(太空探索公司)的硬核实力。北京时间3月14日,SpaceX的一枚九手猎鹰9号火箭从美国肯尼迪航天中心39A发射台点火升空,成功将第22批60颗星链卫星送上太空,再次刷新人类火箭复用纪录。这枚编号为B1051.9的“九手”火箭(B1表示第一级,051表示SpaceX制造的第51枚猎鹰9号火箭,9表示第9次飞行),经过633公里航程飞行后。猎鹰号火箭的芯一级稳稳落在“当然我还爱着你”(Of Course I Still Love You)海上回收平台。这次成功降落是SpaceX第77次成功回收火箭,第55次成功海上回收火箭,更是前无古人的第一枚一箭九飞九回收火箭。
编号为B1051.9的猎鹰9号火箭成功实现回收
此次回收距离当初马斯克复用10次的小目标仅一步之遥。按照计划,在经过简单修复后,最快今年4月,这枚猎鹰9号火箭将以B1051.10的新编号,实现“一箭十飞”的壮举。不过,在SpaceX看来,一箭十飞并非复用上限,他们不会为每枚火箭设定飞行次数,超过复飞10次的发射很快就会到来。
SpaceX的猎鹰火箭引领航天复用之路一步步进阶,中国火箭的回收复用进展如何?
虽然起步较晚,但中国可回收复用的火箭正在加紧推进,最快有望在2025年在CZ-8R(长征八号改)上完成这一突破。
值得关注的是,与猎鹰9号只回收芯一级不同,CZ-8R的方案是实现火箭整体回收,也就是包括助推器也一起回收,回收的技术场面可能会比猎鹰9号更加科幻,成本也将进一步降低。届时,CZ-8R将成为中国版的猎鹰9号。
CZ-8R回收动态效果图
火箭的回收复用并非需要一个较长的验证过程。就在上周,我国成功复飞的长征七号甲,成功入列我国新一代运载火箭行列,填补了我国地球同步转移轨道5.5吨至7吨的运力空白。不过,很多人没有注意的是,这次长征七号甲的成功复飞,还验证了CZ-8R的一系列回收复用技术。
其一,率先应用了起飞级“集束式分离”技术,以往捆绑助推器的火箭通常是先分离助推器,再分离芯一级,长征七号甲则是将助推器与芯一级作为一个整体分离,相当于是一个“大一级”,这无疑是为未来CZ-8R的芯一级和助推器一并垂直回收复用积累技术经验。
其二,长征七号甲四个助推器,分别单摆一台YF-100液氧煤油发动机,芯一级双摆两台YF-100液氧煤油发动机,这与CZ-8R用到的主力液氧煤油火箭发动机相同。而且,在长征七号甲的液氧煤油发动机,特别进行了重复试车,确保火箭飞行的安全性、可靠性及性能,火箭发动机的重复试车正是火箭发动机的重复利用。
其实,除了最近的长征七号甲,中国航天科技集团也在其他成熟型号火箭上验证回收复用技术,为CZ-8R垂直回收复用运载火箭的研制铺路。
2019年7月26日,长征二号丙火箭在遥感三十号05组卫星发射任务中首次在芯一级箭体上安装栅格舵,成功实现该级箭体的定点下落,在有效控制残骸落区基础上进一步探索了火箭回收技术;
2019年11月3日,长征四号乙火箭在高分七号卫星发射任务中再次应用栅格舵装置,又一次完成芯一级可控落点下落任务;
2020年12月16日,长征八号运载火箭首飞,芯一级YF-100液氧煤油发动机顺利实施推力节流控制,在提高火箭性能的同时,为垂直回收复用火箭再打通一关。据披露,长征八号预计将在今年完成垂直起降关键技术的演示验证。
根据规划,CZ-8R是在长征八号基础上升级而来,将采用“两助推+芯一级”集束式垂直回收方案。专家表示,选择该回收方案原因有二:一是,只需一套回收装置即可实现3套箭体模块回收,经济性更佳,该型火箭在重复使用三次之后即可抵消由复用需求产生的附加费用成本,通俗点说就是复用三次即可保本。
第二个原因则事关发动机的深度节流变推力问题,目前我国并没有现成的深度变推发动机,CZ-8R起飞级配置的YF-100液氧煤油发动机可以在75%至100%之间实现推力调节,但这还不够,采用集束式方案回收以增大箭体回收重量,就可以抵消发动机深度变推问题。由此看来,集束式回收可谓一箭双雕,一方面最大限度回收起飞级箭体,另一方面也减轻了发动机变推压力。
栏目主编:刘锟 文字编辑:刘锟 题图来源:SpaceX
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