火箭接纳？白菜价来个太空游

2015-12-24 6:30:20 暂无评论风雨网络信息 899

　　出品：科普中国

　　制作：中国科学院国度天文台郑永春

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　航天开展的瓶颈在运载火箭，如何把一大堆很重的物体送入太空，始终是制约人类太空探索的难点。在大多数人的概念中，火箭就应该是一次性产品，焚烧之后一飞冲天，把航天器（卫星或飞船）送入预定轨道，火箭的使命就完成了。

　　然而，就在昨天，SpaceX胜利实现猎鹰九号火箭接纳，说明火箭重复应用的时代就要到来了，这一消息在朋友圈快捷传播。

　　那么，SpaceX是如何实现火箭接纳的呢？对将来的航天格式会有什么影响？又能对中国航天界带来什么启示？

　　在喧闹的背后，须要咱们逐一冷静分析。

　　连战连败，终获胜利

　　在猎鹰九号的第一级火箭实现胜利接纳之前，是一连串的失败。

　　2015年1月10日，猎鹰九号在履行CRS-5发射任务时测试火箭接纳技巧。第一级火箭在发射后，落向大西洋上一艘驳船改装的着陆平台，固然准确地命中目标，但因为下降速率过快，招致火箭在船面上发生爆炸。

　　2月12日，猎鹰九号在为美国国度海洋和大气管理局发射深空气候观测站（DSCOVER）卫星时再次测试火箭接纳技巧。因为当时海上风浪很大，驳船被迫撤回，火箭固然在海面上胜利软着陆，但最终落入水中。

　　4月14日，猎鹰九号在履行CRS-6发射任务时再次测试火箭接纳技巧。固然一级火箭准确着陆在驳船船面上，但因为横向速率过大，火箭未能在船面上稳稳站立，最终招致倾覆爆炸。

　　6月28日，猎鹰九号第三次尝试海上接纳火箭。但这次更长，遭遇到了发射失败，火箭以及给国际空间站运货的飞船，统统在高空解体。

　　连战连败，SpaceX开始闭门思过，认真检查每一个环节，改良计划计划。他们改良了发动机引擎和火箭的多级分别体系，并调剂了燃料配方。

　　在此期间，美国另一家民营航天企业蓝色起源公司的新谢泼德火箭实现了接纳。固然，新谢泼德火箭只是一枚探空火箭，只是在地球大气层内的亚轨道飞翔，并没有飞出地球大气层，也没有发射航天器的能力，只适用于开展商业太空旅游体验。但相干舆论给了SpaceX很大的压力。

　　闭关半年之后的12月22日，赶在圣诞节这一西方人最重要的节日之前。SpaceX再次测试火箭接纳技巧，终获胜利。

　　这是猎鹰九号的第20次飞翔，也是计划计划升级后的第一次飞翔。阅历了重重失败之后，所有人终于能够安心回家过新年了。

　　火箭胜利发射，起飞后1分13秒，推进达到1马赫；

　　1分24秒，火箭达到最大动压；

　　2分20秒，火箭第一级关机；

　　2分24秒，火箭多级分别；

　　2分35秒，第二级火箭焚烧；

　　2分55秒，火箭整流罩分别；

　　4分钟左右，第一级火箭返回飞翔焚烧；

　　8分钟左右，第一级火箭再次焚烧，火箭再入地球大气层；

　　9分40秒，第一级火箭稳稳站立在发射场附近的陆上着陆平台，火箭接纳胜利。

　　可接纳火箭毕竟难在那边？

　　难就难在非常庞杂的电子体系上。电子体系是火箭的大脑，由遍布箭体的种种传感器获取火箭飞翔的种种参数，然后经由信息汇总、计算，及时调剂飞翔计划，这一进程相似大脑的思考和决策进程。经由种种控制部件，履行指令，这一进程相似大脑控制咱们身体上的种种运动器官。

　　猎鹰九号火箭实现胜利接纳，足以证明该型火箭的电子体系非常强大。

　　猎鹰九号的第一级火箭共有九台发动机，发射的时间九台发动机一起焚烧，用大推力使火箭摆脱地球引力升空。而在接纳着陆的时间，猎鹰九号关闭其中的六台发动机，只剩三台继续工作。并且，这剩下的三台发动机的推力是精确可调的，这样才能使庞大身躯的火箭在刚刚着地时的速率基本为零，安稳地降落在平台上。

　　猎鹰火箭要实现安稳着陆，胜利接纳，能够调理推力的火箭发动机是胜利的关键。要实现发动机推力可调，就须要转变燃烧室、燃料泵等的计划，实时调理发动机外部的温度和压力，并调理燃料的流量。这种大推力的可调发动机既要用于火箭发射阶段，又要用于接纳时的减速反推。相当于一个人既要获得天下举重冠军，又要能干非常灵巧的绣花针，实际上是一件很难的事情。

　　一旦实现发动机推力可调，就能够实现火箭的定时、定点入轨，相当于给火箭安装了油门，能够实现与其他航天器的快捷交会对接。

　　新一代运载火箭毕竟新在那边

　　随着航天运输的需求越来越多样化，传统的运载火箭曾经到了不得不更新换代的阶段。当前，天下各航天大国正在努力于研发新一代运载火箭，将采取大量的新技巧和新材料，实现下降本钱、进步可能性、满足多样化需求的目标。

　　那么，所谓新一代火箭，毕竟新在那边？

　　纵观天下各航天大国，俄罗斯正在努力于研制安加拉系列火箭（Angara），这是一个全新的火箭家族，由俄罗斯联合火箭航天集团公司研发。经由捆绑式的多个通用火箭模块，安加拉火箭能够根据须要组合出差别推力的火箭，火箭推力从2吨到75吨不等，能够适应差别运载重量的航天发射须要。安加拉系列火箭研发胜利后，将取代现在的虎啸号火箭和质子号火箭，成为将来俄罗斯航天运输的主力。2014年12月23号，“安加拉-A5”型火箭在普列谢茨克发射，迈出了胜利的一步。

　　美国正在研发的新一代重型运载火箭“太空发射体系”（Space Launch System），号称是人类历史上最强大的运载火箭体系，巨型发动机的长度达54米，运载能力超过130吨，在将来的载人登陆火星和载人深空探索中将发挥关键作用。2015年3月11日，“太空发射体系”执行了试验性发射，全部进程非常胜利。根据规划，“太空发射体系”火箭的首次正式发射将于2017年执行。

　　欧洲努力于研发新的阿丽亚娜6型火箭（Ariane 6），以取代现有的阿丽亚娜5型火箭，计划于2020年执行首次发射，2021年发射次数增加到4次，2023年开始年发射次数增加到11次。

　　日本在H-IIA运载火箭胜利率大大进步之后，正在研制H-X新一代火箭，该火箭的第一级和第二级将使用液氢液氧作为燃料的火箭发动机，并研制固体燃料助推器，经由采取前沿技巧，实现航天运输的低本钱和高可靠。

　　与上述政府支持的重型运载火箭相比，SpaceX作为一家民营航天企业，胜利地转变了航天矮小上的特点，大大下降了进入太空的本钱，使航天越来越平民化，越来越多的普通人都能够接触到航天，这给传统航天业带来的转变一定是推翻性的。

　　SpaceX的胜利对航天业有何影响

　　固然火箭可接纳，与汽车可加油还是有相当差异的。毕竟那么庞大的一个物体经过了高速飞翔，阅历了高温燃烧，有些部件是无法重复应用的。但确确实实能够大幅度地下降本钱，至少价值数百万、上千万美元的发动机不再是一次性的，能够接纳再次应用。

　　猎鹰九号火箭的标准发射费用为5400万美元，而中国的长征三号乙火箭在海外报价的发射费用也在6000万美元以上，所以即便不接纳，猎鹰九号也曾经成为天下上最便宜的发射工具。

　　这次，猎鹰九号的胜利接纳更是让许多外行人感叹，廉价航天时代即将来临。

　　记得前段时间猎鹰火箭连连失败的时间，航天界有人嘲笑马斯克，说航天是须要积累的，不是谁都能搞的。现在，猎鹰九号的胜利接纳是对这些嘲讽最好的回应。

　　SpaceX的胜利不仅在于技巧的先进性，更在于采取了差别于传统航天业的商业化运作形式。传统航天业往往采取研发形式，每一枚火箭都须要计划、出产、测试等等，不仅环节庞杂，并且大大增加了出产周期和出产本钱，浪费了大量的人力物力。并且，每一次计划都会有新的风险，招致可靠性不够稳定。

　　SpaceX因为采取了商业化开展的方式，所有的软硬件均在它的控制范围内，不存在外包环节，所以造火箭和飞船就相似于咱们造洗衣机和冰箱，全程质量可控。他们在航天领域率先实践流水线化的出产形式，只要一次胜利，便能够次次胜利，并经由大规模出产，大幅度下降出产本钱。固然也会存在一定的故障率和次品率，但不存在重新研发的风险。

　　SpaceX作为一家民营航天企业，非常注重本钱和质量控制。因为采取了商业化形式，许多产品都会尽量按照批次出产和采购，也都会尽可能地接纳应用。之前的每一次失败，实际上都是在执行相干的技巧测试，然后改良计划，并非咱们想象的是在烧钱。

　　而反观传统航天业，始终给人一种神秘的感觉，固然顶着矮小上的光环，但其外部照样会面临许多体制机制问题，阻碍技巧创新。因为缺少外部竞争，问题逐渐积累，改革非常艰难。这也是美国政府不遗余力扶持民营航天的原因之一，他们要给自己扶持竞争对手，让外部压力增大，才能触动外部僵化的利益格式。

　　独立自主、自力更生的中国航天领域始终是咱们的骄傲，但这种骄傲更多局限在国土之内，航天开展在对国民经济推动方面还有很大的潜力可挖。中国的高铁和核电，曾经大踏步走出国门，成为中国走向天下的名片。用中国人的智慧，挣全天下的钱。在这一点上，中国航天界还有很长的路要走。在某种程度上，航天要向高铁和核电学习，只有大进大出，充分开放和竞争，阅历市场风雨的洗礼，才能成长为参天大树。