火箭好事多磨：Space X可回收火箭猎鹰9明日试射

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“火箭基地船”的着陆平台

SpaceX公布的猎鹰9号演示视频截图

本文转自科技日报

此次代号为C RS-5的发射任务几经推迟可谓好事多磨。 C RS-5是猎鹰9号运载火箭搭载龙飞船(Dra go n)第5次执行空间站补给任务 C RS-5任务不仅通过龙飞船向空间站运送货物还要进行火箭返回测试使猎鹰9号降落在海上移动平台。这是SpaceX今年第一次重要测试有评论认为如果实验成功对火箭技术而言也许将是一次改变游戏规则的事件而对于太空探索领域甚至将具有跨时代的意义。回收测试

如何在“狂风中让扫帚立于手掌之上”

猎鹰9号和龙飞船一样诞生于位于美国硅谷的SpaceX。

2012年5月22日龙飞船搭载该型火箭发射升空成为第一架飞往国际空间站的商业运输飞船。 自此猎鹰9号也作为NASA商业轨道运输服务平台正式开始其太空之旅。

这枚火箭身高68.4米直径3.7米 以煤油及液氧为燃料它的地球同步轨道运载能力约为4.5吨超过绝大多数目前现役的中国长征系列运载火箭 目前仅有发射过嫦娥三号月球探测器的长征三号乙火箭能与之匹敌长三乙增强型的地球同步轨道运载能力能够达到5.5吨。

原计划日前由猎鹰9号执行的C RS-5发射任务将运送重达3700磅的物质到国际空间站上其中包括科学实验设备、零配件、食品、水和其他物资。但在这次发射中与“送货”同样重要的还有另一项工作——进行猎鹰9号的返回测试。传统上火箭设计成几个阶段。在发射后火箭会卸下部分引擎和用完的燃料罐让火箭更轻身上路携带卫星、飞船等进入轨道。卸下的器材将丢落地球和解体。这样意味着每次的新任务都得制造新的火箭。而SpaceX认为火箭主要部件可以回收翻新并再次利用。

猎鹰系列火箭的顶端和外层全部采用超强度铝锂合金材料制造且增加了特制的挡热板用以保护“猎鹰9号”第一级和第二级在重返地球大气层时免遭损坏。在此次发射中的动画演示中猎鹰9号一级火箭与龙飞船分离后将再次点火并调整姿态返回大气层据称还将使用GPS导航技术最终垂直降落与海绵的浮动平台上。“这个任务很不容易。 ”有报道认为这项技术的困难度首先在于猎鹰9号高达十余层楼爬升时的速度达1.6公里每秒要让直线上升的火箭“毫发无伤”地垂直下降犹如“狂风中让橡胶扫帚柄直立于手掌上”。

减速引擎、飞翼导向、着陆支架一个不能少

猎鹰9号可回收火箭若能成功试射对太空探索领域来说将具有跨时代的意义。有报道称通过该火箭的自主返回技术它将大幅缩减太空旅行的花销。若能实现火箭的全面回收预期发射成本将降低99%。

按照这个思路 SpaceX设计第一阶段推进器在返回大气层时点燃引擎减速 附设飞翼协助落下时导向还装有“腿”让它们稳定降落。在2014年该公司已对可回收火箭进行多次试验。

在去年4月中的一次试验中 SpaceX成功地实现了历史上第一次火箭软着陆但该火箭随后在公海侧翻并毁坏 以至无法修复。

在2014年7月该公司针对第一级火箭进行了“软着陆”测试。这次测试中在接近海平面时火箭被调整成水平方向 目的是希望可以完好无损地回收但海水破坏了箭体使得回收的可能性不复存在。

在这次试验后的声明中 SpaceX公司表示 “此时此刻我们非常自信地认为(第一级火箭)能够在浮动发射台上成功着陆或者返回发射场无需整修就可再次升空。 ”

据称成功的标准是可重复使用的第一级火箭能够“以高超音速的速度从太空返回地球两次重启主引擎部署着陆支架并以接近零的速度着陆。 ”如果即将进行的海上着陆试验成功猎鹰9号的后两次测试将是在坚固表面着陆。

着陆平台

足球场大小使用钻油平台定位技术

对可重复使用火箭技术而言除了火箭本身其着陆的平台上是一大难关。SpaceX创始人马斯克表示 “火箭在海上平台上着陆的可能性不超过50%也不少于50%。 ”

去年12月马斯克在社交网站上发布了用于火箭降落的海上平台的图片该平台无人驾驶大小相当于一个足球场。

“在以前的尝试中我们只能设定10公里(6.2英里)以内的着陆精度。而在这次实验中我们的目标着陆精度是10米(33英尺)之内。 ”SpaceX公司在一份声明中说。被称为“火箭基地船”的着陆平台采用钻油平台定位技术在风暴中也能稳定驳船。为配合1月6日的发射 已前往大西洋的预定位置待命这个地点距离佛罗里达海岸大约两百英里为猎鹰9号着陆做准备。但是由于发射的取消移动平台着陆也不得不再度重新安排。

马斯克对媒体表示猎鹰9号还将进行密集的发射实验他认为 “很有可能其中一次实验将能够成功所以我觉得我们离我们的目标已经相当接近。 ”

发射故障

迟到的圣诞礼物并没有误事

C RS-5发射任务原定于去年12月19日进行但在12月17日的静态点火测试中火箭的梅林1D引擎未能达到测试要求 SpaceX公司于是将实验改在2015年初进行并在12月19日安排了第二次静态点火试验并且获得成功 当时认为为2015年1月的正式发射扫清了障碍。

2015年1月7日早上猎鹰9号在临升空前一分钟突然喊停官方表示是由于方向导航系统的系统发生问题而紧急取消飞行计划的并解释说两个2号门驱动系统的发动机在启动前倒数计时时其中一个出现移动现象所以紧急喊停。 同时强调如果不是人工紧急停机 电脑也会自动使这个系统停止动作的所以这次取消实际上是一个技术故障。 由于1月6日的发射窗口期仅有1秒发射任务已经取消截至记者截稿时最终将预期发射时间定于北京时间1月10日17:47。据报道这次载有5000吨容量的货物实际上是向太空站中的6名工作人员运输食品和圣诞礼物的。原本计划12月中旬送到圣诞礼物应该是额外的惊喜结果这次首次飞行被取消是因为发射系统的问题后来12月底又试飞一次这次是实验那么以后这个是实验就绪之后为本周二发射奠定了基础结果又出了问题但太空

署表示太空站食品仍然充足 日本和俄罗斯都有定期运输生产用品的航班所以这次延误不会造成任何太空站的工作和生活方面的不便。

[来源 SpaceX,via TheVerge]