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新科普|上海专家:SpaceX将引发“轨道革命”

2019/10/10 1:58:36

新科普|上海专家:SpaceX将引发“轨道革命”

北京时间今天早晨6时27分,美国太空探索技术公司(SpaceX)的猎鹰9号火箭点火升空,将卢森堡卫星通讯企业的SES-10卫星送入地球同步轨道。这次看似普通的卫星发射,包含着“人类首次”:第一次成功发射被回收再利用的“二手火箭”,并再次在海面上成功回收。此次发射中,SpaceX启用了一枚2016年4月CRS-8发射任务中回收的一级火箭,它在二次利用中的表现完全正常。上海宇航系统工程研究所高工徐大富博士表示,“二手火箭”所代表的低成本重复使用运载技术将引发“轨道革命”,大幅提高商业卫星发射次数,促进航天产业发展。

 

尚未做到箭体快速检测和维护

徐大富介绍,此次发射前,SpaceX进行了十多次一级火箭发射后的返回飞行试验,包括4次受控落海试验、10次海上平台回收试验、3次陆地回收试验。在这一“屡败屡战”的进程中,SpaceX的一级火箭回收技术逐步成熟,在公司库房里已存放8枚成功回收的一级火箭。其中的一枚,今天实现了再次发射和回收。

猎鹰9号火箭发射升空。来源:SpaceX直播截屏

 

“二手火箭”再次发射前,需要做很多维护和检测工作:箭体回收后,技术人员要进行健康检测、零部件更换与维护、剩余寿命预估、发射前状态确认等流程,涉及数据采集、故障诊断与控制、智能减损、寿命评估等相关技术。“对于箭体的结构、电气、动力等主要系统,要进行全面的健康检测和评估。”徐大富说。今天,SpaceX首席执行官埃隆·马斯克接受采访时介绍,再发射的一级火箭上,9台发动机、所有推进剂贮箱、管路和电气系统都没有更换。这说明,这家公司对回收箭体的检测和维护是成功的。

 

然而,徐大富也指出,SpaceX还没有达到快速检测和维护的水平。从2015年12月第一次成功回收一级火箭,到今天第一次实现回收箭体的再次发射,相隔一年多,耗费时间较长。因此,这家公司仍需要做进一步技术攻关,在积累足够的数据和经验后,开发出更为便捷的智能检测手段,从而实现在发射并回收箭体后1—2个月内、甚至几天内再次发射。这种“二手火箭”的日常化发射,才能证明一家机构真正掌握了运载火箭的重复使用技术。

埃隆·马斯克在发射成功后讲话。来源:SpaceX直播截屏

 

马斯克还有一个“野心”,那就是回收火箭二子级。在成功回收、再发射一级火箭后,难度更大的二级火箭回收也在探索过程中,如果成功实现,将进一步降低航天产业成本。今天的发射任务中,SpaceX成功回收了一个整流罩,算是成功迈出了第一步。

 

低价发射将引发卫星设计变革

美国商业火箭的这一重大进步,预计会引发“轨道革命”。徐大富分析说,航天发射成本一直居高不下的重要原因,是运载火箭都是一次性使用。如果火箭可以多次重复使用,每次发射的成本就仅仅是燃料费用和操作费用,发射成本会大幅降低。以猎鹰9号为例,其总造价约为5000万美元,推进剂的成本只有20万美元,所以重复使用技术成熟后,可以把成本的“大头”省下来。

 

SpaceX副总裁肖特韦尔曾宣称,一级火箭回收复用的初期目标是降低30%发射费用,多次复用后将降低60%以上。由于猎鹰9号已是国际航天市场上最便宜的火箭,单位载荷发射费用比市场均价便宜25%,随着重复使用技术的日益成熟,其价格优势是其他主力运载火箭无法抗衡的,在商业发射市场上将罕有竞争对手。

飞控大厅欢呼雀跃。来源:SpaceX直播截屏

 

发射费用的降低,意味着卫星设计理念将产生变革。长期以来,科研机构和企业投入大量资金,以确保卫星拥有较长的寿命;而如果发射成本降低到一定程度,卫星发射次数就可以大幅增长,实现较为频繁的更换补缺,卫星寿命就不再成为一个设计重点。徐大富表示,如果有效载荷每公斤的运输成本降至1000美元以内,航天发射市场的需求将呈现数量级增长,远超全球平均每年200次左右发射的现状。这就是让业界振奋的“轨道革命”。随着“革命”的临近,越来越多的商业卫星将进入空间轨道,为用户提供各种服务,带动航天产业的快速发展。

 

题图说明:此次发射中,SpaceX启用了一枚2016年4月CRS-8发射任务中回收的一级火箭,它在二次利用中的表现完全正常,并再次在海面上成功回收。


题图来源:视觉中国  图片编辑:邵竞