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杂感: 太空探索公司重覆使用火箭的可能和意义
送交者: 寡言 2013年11月24日11:38:14 于 [天下论坛] 发送悄悄话

太空探索公司(SpaceX)从创建起就几乎回收使用运载火箭。最开始的设想是用降落伞减速。 宇宙飞船重返大气,先是靠大气阻力减速, 所以宇宙飞船有一个很硬耐高温的底座,能让空气把飞船速度减少到降落伞能大开的程度。和宇宙飞船不同,第一级火箭在高空和二级脱离后在重量作用下下坠,进入稠密大气层时速度已经大到让弹体解体,降落伞派不上用处,因此SpaceX开始考虑用第一级火箭发动机减速的方案。

请注意的是,太空探索公司考虑的回收第一级火箭(然后回收第二级以及宇宙飞船)。即使过去美国航天飞机,能重覆使用的也是航天飞机本身,而不包括起飞是两个助推器。 SpaceX猎鹰9不用固体火箭助推器,它要回收的是完整的第一级火箭。

从设计角度,SpaceX第一级使用9台Merlin火箭发动机,第二级使用一台稍有区别的Merlin真空火箭发动机,从回收重覆使用的角度,回收第一级火箭的意义远大于第二级。 SpaceX将于2014年发射猎鹰9重型。 猎鹰9重型包括三个捆绑在一起的第一级火箭,每个有9台merlin火箭发动机, 如果不能回收,损失的是30台发动机(第一级加第二级),如果能回收第一级,即回收了27台发动机。

火箭第一级和第二级分离时,基本用光所有燃料,只剩弹体和发动机,重量不足原来十分之一。 如果用火箭反推减少火箭下降速度,重新点火的发动机的推力要大大小于起飞重量时发动机推力。目前,猎鹰9号计划是启动三台发动机,减速减少到一定程度,关闭发动机,让第一级在重力下加速,当速度大到一定程度,再启动火箭发动机减速。当然,如果液体燃料火箭发动机火箭推力可变,调整范围极其灵活,技术而言,单台发动机也足以使火箭第一级平缓降落。SpaceX猎鹰9v1.19月发射试图回收第一级,最后第一级弹体开始旋转失控,回收实验只取得部分成功, 可见还有很多困难。

不管成败,太空探索公司都是一个富于冒险精神公司。

如果太空探索公司能回收第一级火箭,就为回收整个运载火箭打开一条光明大道。 即使仅能回收第一级火箭并重覆使用,也能大大降低卫星发射费用。

卫星发射成本降低了,对卫星本身又有什么影响呢?

众所周知,卫星发射费用极其昂贵,所以设计制造公司要利用每一公斤有效重量,不惜用最昂贵的技术,最好的原件。 如果卫星发射费用大幅度降低,卫星设计和制造工程师就可能使用更廉价的技术,从而大大降低卫星本身的成本。

只有卫星单位重量发射和制造成本都大幅度下降,人类才能在太空中建造更复杂更大的空间站。人类跳出地球才真正具有某种现实性。 Eon Musk的梦想是以每人五十万美元的价格送8万人到火星殖民,这意味要以相对廉价的代价送几十万乃至上百万吨载荷进入太空。不管从何种意义,这都是一个梦想,而且是对人类未来极其重要的梦想。

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