SpaceX回收火箭邁出關(guān)鍵一步

艾麥樂

SpaceX公司的工程師計(jì)劃在北京時(shí)間4月19日凌晨3：25發(fā)射的獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭上，對(duì)第一級(jí)火箭試驗(yàn)一種新型的回收方式——在火箭發(fā)射幾分鐘后，利用火箭助推將第一級(jí)火箭濺落在大西洋上。SpaceX的獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭最終要想實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用，這次試驗(yàn)將是朝著這一目標(biāo)邁出的堅(jiān)實(shí)一步。

SpaceX公司謹(jǐn)慎地將回收第一級(jí)火箭的嘗試稱為一次“試驗(yàn)”，因?yàn)橥耆厥粘晒Φ目赡苄灾挥?到4成。

“完整回收第一級(jí)完全是試驗(yàn)性的，”SpaceX公司任務(wù)保障副總裁漢斯·柯尼格斯曼（Hans Koenigsmann）說，“它與首要任務(wù)沒有任何關(guān)聯(lián)?！?/p>

SpaceX希望，可重復(fù)使用能夠進(jìn)一步降低該公司獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭的發(fā)射成本。盡管目前，SpaceX的發(fā)射成本已經(jīng)是許多競(jìng)爭(zhēng)者發(fā)射成本的幾分之一了。

此次發(fā)射原定于北京時(shí)間4月15日凌晨4：58，從卡納維拉爾角的40號(hào)發(fā)射塔臺(tái)發(fā)射升空。但由于氦泄漏等技術(shù)原因，發(fā)射被推遲到了4月18日凌晨3：25。此次任務(wù)將發(fā)射一艘龍式貨運(yùn)飛船，將2.4噸重的貨物和設(shè)備送往國際空間站。

不過，獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射升空不到3分鐘內(nèi)，等第一級(jí)關(guān)機(jī)并與上面級(jí)分離后不久，直徑12英尺（約3.66米）的第一級(jí)火箭將重新點(diǎn)燃若干火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，用于減速制動(dòng)。

幾分鐘后，第一級(jí)火箭將在距離水面不高的地方再次點(diǎn)燃一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，使火箭以較慢的速度濺落到大西洋中。具體的濺落地點(diǎn)預(yù)計(jì)會(huì)在卡納維拉爾角東北大約幾百千米處，差不多就在佐治亞州-南卡羅來納州邊界的正東方。

第一級(jí)火箭配備了4條由碳纖維和鋁蜂窩板制成的著陸支架。25英尺（約7.62米）高的支架將外伸出，在第一級(jí)火箭下落的過程中展開。

柯尼格斯曼說：“我們會(huì)派一艘船前往濺落海域，我們將進(jìn)行一次再入點(diǎn)火和一次著陸點(diǎn)火。”他還表示，這次試驗(yàn)會(huì)把大西洋當(dāng)成一個(gè)真正的著陸場(chǎng)來進(jìn)行。

回收組將在現(xiàn)場(chǎng)待命，不論濺落的第一級(jí)火箭是否完好無損，都會(huì)在第一時(shí)間將它打撈出水，送往SpaceX公司做分析之用。

該公司希望能夠在2014年年底之前，完成獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)的可控回收，使其準(zhǔn)確降落在距離火箭發(fā)射地不遠(yuǎn)的著陸點(diǎn)。不過柯尼格斯曼承認(rèn)，這個(gè)目標(biāo)有點(diǎn)野心勃勃，很大程度上要取決于此次水上降落的嘗試能否順利?？履岣袼孤f：“重點(diǎn)在于收集這些試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，分析所有步驟是否進(jìn)展順利?！?/p>

這并不是SpaceX首次嘗試回收獵鷹9號(hào)火箭的第一級(jí)。

獵鷹9號(hào)火箭在2010年首次發(fā)射時(shí)，配備了降落傘以減緩第一級(jí)落入海洋時(shí)的速度，但第一級(jí)火箭沒能挺過再入大氣層時(shí)遭遇的空氣阻力。

2011年，SpaceX披露了一種完全不同的、回收第一級(jí)火箭的方式。

獵鷹9號(hào)第一級(jí)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在飛行中再次點(diǎn)火，引導(dǎo)火箭返回發(fā)射場(chǎng)附近的某處著陸區(qū)域，利用著陸支架垂直降落到地面。

SpaceX公司已經(jīng)設(shè)計(jì)了兩款可重復(fù)使用運(yùn)載火箭的試驗(yàn)臺(tái)原型機(jī)，并在該公司位于美國得克薩斯中部的試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了多次跳躍飛行。高空測(cè)試很快也將在美國新墨西哥州的白沙試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。

2013年9月，SpaceX升級(jí)之后的獵鷹9號(hào)v1.1運(yùn)載火箭在加利福尼亞首次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)時(shí)，曾經(jīng)嘗試過第一級(jí)火箭的水上回收。

在去年9月的發(fā)射過程中，第一級(jí)火箭的9臺(tái)Merlin 1D發(fā)動(dòng)機(jī)熄火并與第二級(jí)火箭分離之后，第一級(jí)火箭再次點(diǎn)燃了其中的3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)用于制動(dòng)，以降低火箭落回大氣層時(shí)的速度。

第一級(jí)火箭位于中央的發(fā)動(dòng)機(jī)幾分鐘后再次點(diǎn)火，在濺落入海前進(jìn)一步降低火箭的速度，但火箭的旋轉(zhuǎn)使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)不足，此次點(diǎn)火的持續(xù)時(shí)間被縮短了。SpaceX表示，是旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使燃料無法進(jìn)入燃料管，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)不足以致于提前關(guān)機(jī)，從而令火箭第一級(jí)砸在水面上，最終四分五裂。

“我們是在一步一步做這件事，所以我們會(huì)查看這次試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)時(shí)間線進(jìn)行調(diào)整，做出一些改變——基本上算是改進(jìn)，”柯尼格斯曼說，“整體目標(biāo)就是要在今年年底實(shí)現(xiàn)在陸地上降落，不過，那是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，如果我們能夠攻克它，我們會(huì)超級(jí)興奮?！?/p>

美國航空航天局（NASA）空間站項(xiàng)目主管邁克·蘇弗雷迪尼（Mike Suffredini）說，在確定對(duì)火箭的首要任務(wù)（將龍式飛船送往空間站）“不會(huì)產(chǎn)生任何明顯影響”之后，NASA批準(zhǔn)了SpaceX公司在第一級(jí)火箭上安裝著陸支架的做法。

蘇弗雷迪尼說：“與1.1版的獵鷹9號(hào)火箭的整體性能相比，增加的這點(diǎn)質(zhì)量小到不值一提。”

按照蘇弗雷迪尼的說法，NASA官方費(fèi)盡了心思才確保這些支架不會(huì)在火箭上升的過程中提前展開。

在跳過了去年12月和今年1月的兩次商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)之后，SpaceX公司選擇此次龍式飛船的發(fā)射，作為帶支架的獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭的首飛。官方說法是，那兩次商業(yè)發(fā)射任務(wù)需要?jiǎng)佑毛C鷹9號(hào)火箭的全部推力，才能把那兩顆通訊衛(wèi)星送往地球同步軌道的轉(zhuǎn)移軌道，這也是獵鷹9號(hào)火箭首次（和第二次）發(fā)射地球同步軌道衛(wèi)星。

柯尼格斯曼表示，在那兩次商業(yè)發(fā)射中，SpaceX也做過一些有限的試驗(yàn)，對(duì)獵鷹9號(hào)第一級(jí)上的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了重新點(diǎn)火，但火箭沒有攜帶足夠的推進(jìn)燃料用于執(zhí)行完整的第一級(jí)再入大氣層減速流程。

對(duì)于SpaceX公司創(chuàng)辦人兼CEO伊隆·馬斯克（Elon Musk）推動(dòng)的這項(xiàng)火箭重復(fù)使用技術(shù)，國際發(fā)射市場(chǎng)上還沒有一家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手看好它在短期內(nèi)的技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)潛力。

“毫無疑問，這是一個(gè)天方夜譚，”一直在向商業(yè)市場(chǎng)出售阿特拉斯5型火箭的洛克希德—馬丁公司發(fā)射服務(wù)部主管羅伯特·克利夫（Robert Cleave）說，“從20世紀(jì)60年代起，這就是一個(gè)天方夜譚。我們擁有過一些可以重復(fù)利用的東西。航天飛機(jī)就是可以重復(fù)利用的，但價(jià)格并不是最好的。”

克利夫說，洛克希德—馬丁公司從來不會(huì)對(duì)火箭的可重復(fù)利用說不。

“這里涉及材料科學(xué)，涉及控制，然后還涉及運(yùn)行效率的問題，因?yàn)橐厥帐裁礀|西的話，你就得把更多的重量發(fā)射入軌，”克利夫說，“今天我們能做到嗎？我們必須對(duì)物理定律作更多的研究，才能做到這一點(diǎn)。”

“現(xiàn)實(shí)是，在未來10年內(nèi)，除了獵鷹火箭，我認(rèn)為沒有人會(huì)追求可重復(fù)使用性，”國際發(fā)射服務(wù)公司總裁菲爾·斯萊克（Phil Slack）如是說。這家總部設(shè)在美國的俄羅斯公司向市場(chǎng)提供俄羅斯質(zhì)子火箭的商業(yè)發(fā)射服務(wù)。

“未來，事情有可能發(fā)生變化，但就質(zhì)子火箭以及我們下一代的安加拉火箭而言，那些都是一次性的運(yùn)載火箭，”斯萊克說，“至少在近期的未來，我們沒有關(guān)注重復(fù)使用火箭的計(jì)劃?！?/p>

阿麗亞娜太空公司（Arianespace）的主席兼CEO斯蒂芬·以色列（Stephan Israel）也說，可重復(fù)使用不在這家法國發(fā)射服務(wù)公司未來幾十年的計(jì)劃之內(nèi)。

“就可重復(fù)使用而言，歐洲是有一些能力的，因此技術(shù)是現(xiàn)成的，但實(shí)際上，在考慮阿麗亞娜的發(fā)展路線時(shí)，我們不會(huì)把寶押在可重復(fù)使用上，”以色列說，“我們?cè)陉P(guān)注這一點(diǎn)，但這不是我們的商業(yè)模式能夠吸引人的主要賣點(diǎn)。我們會(huì)密切關(guān)注這件事情的進(jìn)展?！保▉碓矗汗麣ぞW(wǎng)）