其实这次猎鹰9火箭发射载人龙飞船的过程比此前发射通信卫星等高轨道航天器容易的多,猎鹰9一级火箭为什么没有直接返回陆地回收点,一级火箭也顺利降落在回收平台上,我们通过整个发射、回收过程来简述一下猎鹰9运载火箭是如何将载人龙飞船送入太空预定轨道后,2分36秒后猎鹰9号一级火箭与二级火箭成功分离,一级火箭是如何安全返回大西洋预定火箭回收平台“我依然爱你”号的,那为什么二级火箭不设法回收呢这个问题作者曾经也有过,从运载火箭回收的意义去想:我们要知道SpaceX为什么要大费周章地去回收一级火箭。
在可回收火箭这事上,为何连美国宇航局都办不到却让马斯克办到了
不是办不到,而是想不到!这就是发明的特点。
支付宝的发明为例,网上销售平台最早在美国出现,但是由于互相信任问题造成销售障碍,马斯克发明了PayPal,就是支付宝。规则是,买方把付款放在中间方暂时保存,待买方收到货且满意时再将款项付给卖方,保证了买卖双方的互信,大大促进了网上平台交易。
明显看出,实现支付宝这个发明极其容易,可是eBay出现了好多年,直到马斯克来到美国想出了这个好主意!
至于火箭的情况有所不同,一定有很多人曾经想过回收火箭,但是却没人能去实施,因为火箭被垄断在几个大国的航天部门。而他们的注意力都是在性能、可靠性和安全方面,没人会去无事生非或者自找麻烦。
由于美国政府决定航天领域开放给民间,NASA不再做地球轨道运载业务。火箭到了民间,成本问题必然会是竞争的一个重要因素。所以马斯克就把回收火箭作为进入航天领域的先决条件,把以前只使用一次的火箭回收多次使用。相当于一架波音737客机,NASA飞一次就报废,而现在要反复飞,发射成本下降的幅度之大,是全世界惊掉了下巴。-spacex回收首枚七手火箭
运送一位宇航员价格(美元):
波音:9000万
俄罗斯:8000万
SpaceX:5000万。
应该说,不是做不到,就怕想不到!
创新是生产力!
消灭垄断就是解放生产力!
载人发射成功后,SpaceX用多久回收了火箭
北京时间5月31日凌晨3点22分,钢铁侠马斯克旗下的SpaceX完成其首次载人飞船发射,并顺利将两名航天员送入太空。此举不仅是世界范围内首次由商业私人公司完成的载人太空,更是SpaceX开启其载人航天的历史壮举第一步。我们通过整个发射、回收过程来简述一下猎鹰9运载火箭是如何将载人龙飞船送入太空预定轨道后,一级火箭是如何安全返回大西洋预定火箭回收平台“我依然爱你”号的。当北京时间3点22分发射指挥大厅按下发射按钮后,3点23分火箭发动机点火达到全推力状态,火箭开始升空离开发射台飞向太空。2分36秒后猎鹰9号一级火箭与二级火箭成功分离,一级火箭的9台发动机按照预定程序全部停机,这个时候火箭并没有和此前返回陆地一样,启动姿态控制系统让火箭完成180度掉头操作,而是火箭在惯性和重力的作用下开始以抛物线形式朝地球坠落。4分20秒后一级火箭顺利穿过大气层开始返回着陆准备工作,6分22秒一级火箭最中间的发动机开始重新点火启动,借助火箭发动机的反推作用下,火箭下坠速度大幅降低;8分35秒时,一级火箭在飞行计算机和发动机控制系统和精确制导系统的协调配合下,一级火箭自动完成降落在位于大西洋上的“我依然爱你”号火箭回收驳船上。经过三天多的时间航行,搭载有猎鹰9一级火箭的“我依然爱你”号回收驳船在自航推进的方式下,顺利从几百海里远的大西洋预定回收点返回佛罗里达州卡纳维拉尔港。那么在2分36秒与一级火箭顺利分离的二级火箭又是怎么飞行的呢?分离两秒后二级火箭上的那台真空版的梅林1D+火箭发动机开始点火推动二级火箭和飞船继续飞行,持续点火飞行8分钟后,二级火箭发动机按照预定程序停机,火箭和飞船继续以惯性的方式飞行。火箭飞行12分钟10秒左右的时候,二级火箭和载人龙飞船按照预定程序完成船箭分离,飞船开始依靠自身推力朝国际空间站预定轨道经过变轨操作飞去。至此猎鹰9火箭顺利完成载人龙飞船全部发射任务,一级火箭也顺利降落在回收平台上。其实这次猎鹰9火箭发射载人龙飞船的过程比此前发射通信卫星等高轨道航天器容易的多,因为相比发射通信卫星等高轨道航天器时,二级火箭需要经过两次点火加速而言,发射载人龙飞船只需要一次点火加速即可满足发射推力需要,而且发射载人龙飞船没有整流罩分离这个过程,所以整个发射过程的简化意味着可靠性和安全性的提升。其次是这次发射载人龙飞船的过程中,猎鹰9一级火箭为什么没有直接返回陆地回收点,反而选择了海上回收呢?其实说到底也是为了保障整个发射的安全可靠性。因为相比返回海上没有一级火箭180度掉头和只损失15%的运载力相比,这次发射的载人龙飞船虽然重量只有9吨重,但是为了保障整个火箭在发射过程中,一级火箭的9台发动机就算某台出现故障导致推力降低的情况下火箭仍然发射正常,猎鹰9运载火箭的发射质量相比此前轻了一些,带来的好处是就算是发动机总推力降低也不会影响到二级火箭和龙飞船的正常入轨,但是坏处就是一级火箭没有足够的燃料返回陆地,只能选择海上回收。而且按照SpaceX和马斯克的设想,SpaceX的目标可不仅仅停留在只回收一级火箭和当下正在试验的整流罩基础上,而是计划连占据总成本4%的二级火箭也一起回收了,使得其整枚猎鹰9运载火箭发射成本从当下的4340万美元降低到只消耗燃料的600万美元。所以这次或许马斯克也是想借这枚本身安全冗余较高的猎鹰9火箭来为后续全段火箭分段回收验证可行性与否。毕竟海上回收只损失15%的运载力,而陆地回收虽然更为方便,但是需要在一二级分离时保留更多的燃料,所以陆地回收会损失将近30%的运载力,这对于追求高性价比的SpaceX来说简直就是“浪费”。-spacex回收首枚七手火箭
SpaceX连整流罩都要回收,那为什么二级火箭不设法回收呢
这个问题作者曾经也有过,而且以前也听说过SpaceX有尝试回收二级火箭的想法,但是一直没有实质性尝试。
从运载火箭回收的意义去想:
我们要知道SpaceX为什么要大费周章地去回收一级火箭,因为这样可以大幅度降低发射成本。其实对于私人企业而言,回收火箭的最大价值还是在于降低成本。
一枚二级火箭的造价是900万美元左右,这价格其实已经不低了,而一级火箭的造价是3500万美元左右。如果要回收二级火箭,那么付出代价很可能会不止这900万美元,所以性价比不高,不值得这么做。这是根本原因:得不偿失。-spacex回收首枚七手火箭
从技术难度上去想:
从技术难度上来讲,二级火箭在飞行过程中已经达到第一宇宙速度了,也就是像卫星一样环绕地球飞行了。这里就需要把它的速度降下来它才会短期返回地球,而这会耗费火箭更多的燃料,这样所能运载的货物就少了。所以依旧是和一级火箭一样牺牲运力去回收火箭。-spacex回收首枚七手火箭
上叙问题解决了,下一个问题就是降落过程与大气的摩擦,这是最难的。
大家可以发现早期“猎鹰9号”火箭发射时,一级火箭总是白色上去黑色回来,因为在降落过程中火箭外壳与大气摩擦烧起来了。二级火箭同样会面临这个问题,而且更加的严重。因为二级火箭的速度比一级火箭快太多了,摩擦会更剧烈温度也会更高。这个问题的解决措施非常复杂,需要给二级火箭重新设计:如用超高耐温的材料、加装隔热设施、设计火箭气动外形等等。-spacex回收首枚七手火箭
如果上叙问题也能解决,那下一个问题就是,火箭的落区问题。
这个问题一级火箭的解决办法是加装格栅翼,通过格栅翼的摆动来提高落区精度,不过更关键的还是姿态控制系统和尾部的主发动机。二级火箭的高度更高,落即使是使用同样的办法,但是落区精度偏差同样不容小觑。然而船就是那么小,不可能做得太大,因此火箭能落在船上的几率非常低。-spacex回收首枚七手火箭
因此总简言之:目前人类的技术回收二级火箭非常难,而且根本得不偿失。