可重復(fù)使用的火箭已成主流趨勢

據(jù)外媒報(bào)道，可重復(fù)使用火箭的概念終于在2020年成為主流。隨著時(shí)間的進(jìn)展，SpaceX的發(fā)射客戶顯然已經(jīng)對使用過的，或者說 “經(jīng)過飛行驗(yàn)證 ”的獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)進(jìn)行飛行變得更加有信心。其中一家商業(yè)客戶Sirius在12月用獵鷹9號(hào)助推器的第七次飛行中發(fā)射了其XM-7衛(wèi)星。

此外，上個(gè)月，美國國家偵察局在獵鷹9號(hào)第一級(jí)的第五次飛行中發(fā)射了其NROL-108任務(wù)，這是第一個(gè)用可重復(fù)使用的助推器飛行的國家安全有效載荷。

美國宇航局（NASA）也同意，未來前往國際空間站的乘員任務(wù)--從2021年春季的Crew-2太空飛行開始，將使用可重復(fù)使用的獵鷹9號(hào)火箭執(zhí)行任務(wù)。而美國太空軍表示，未來也將用二手助推器發(fā)射其GPS III衛(wèi)星。這些都是美國價(jià)值最高的任務(wù)之一。

另一個(gè)重要步驟是美國第二家發(fā)射公司Rocket Lab開始展示火箭再利用。該公司在整個(gè)2020年都在試驗(yàn)如何在重返地球大氣層時(shí)保護(hù)其Electron第一級(jí)的返回。然后，它在11月首次回收了助推器。

“當(dāng)我們回顧2020年時(shí)，我們會(huì)說今年是一個(gè)分水嶺，”航空航天公司發(fā)射和企業(yè)運(yùn)營副總裁Randy Kendall在接受采訪時(shí)說?！吧虡I(yè)、民用和國家安全任務(wù)都已經(jīng)發(fā)出信號(hào)，打算用之前飛過的火箭飛行他們最珍貴的有效載荷。”

NASA在可重復(fù)使用的空間飛行方面的開創(chuàng)性工作值得稱贊。航天飛機(jī)是世界上第一個(gè)部分可重復(fù)使用的發(fā)射系統(tǒng)，其軌道器和固體火箭助推器在經(jīng)過重大翻新后能夠進(jìn)行多次飛行。但它并不便宜--對航天飛機(jī)在該計(jì)劃生命周期內(nèi)的最佳獨(dú)立估計(jì)是每次發(fā)射的成本約為15億美元。

20世紀(jì)90年代，NASA資助了“三角洲快艇”（Delta Clipper）計(jì)劃，以測試垂直起飛和垂直降落。最終，它將從新墨西哥州的白沙導(dǎo)彈靶場發(fā)射可重復(fù)使用的DC-X飛行器12次，最大高度達(dá)到3公里。該計(jì)劃在1996年發(fā)生事故后，由于缺乏資金而被取消。

憑借獵鷹9號(hào)火箭，SpaceX發(fā)揚(yáng)了火箭垂直發(fā)射和降落的概念。而從航天飛機(jī)上，SpaceX了解到，僅僅制造一個(gè)可重復(fù)使用的火箭是不夠的。運(yùn)載火箭還必須是可以快速重復(fù)使用的，而且成本要低。SpaceX正在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，因?yàn)樗呀?jīng)將使用獵鷹9號(hào)核心的周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短到了兩個(gè)月以內(nèi)。而雖然獵鷹9號(hào)比航天飛機(jī)更小，能力更差，但其每次任務(wù)成本大大低于5000萬美元，即航天飛機(jī)飛行成本的3%。

“在這個(gè)行業(yè)工作了一段時(shí)間的人一直在關(guān)注這個(gè)問題，并希望一段時(shí)間內(nèi)它會(huì)發(fā)生，然后突然間你有一個(gè)臨界點(diǎn)，”Kendall說?！昂翢o疑問，物理學(xué)可以被征服，這是一個(gè)能否征服經(jīng)濟(jì)學(xué)的問題。在未來，我認(rèn)為大多數(shù)公司都會(huì)有一些元素重用。我所接觸的每個(gè)人都在考慮這個(gè)問題。歐洲人、中國人和俄羅斯人在未來十年內(nèi)都有重用的計(jì)劃?！?/p>

自2015年12月SpaceX公司成功回收獵鷹9號(hào)火箭助推器以來，至今已有5年時(shí)間。自那時(shí)以來，該公司又返回了大約70枚火箭，并49次重新飛行助推器。同期，SpaceX的主要競爭對手聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（United Launch Alliance）已經(jīng)飛行了26次其一次性Atlas V火箭。

“我們試飛的助推器比Atlas V過去五年里飛行總數(shù)還要多?！盨paceX公司總裁兼首席運(yùn)營官格溫恩-肖特維爾說。隨著回收的獵鷹9號(hào) 第一級(jí)頻繁飛行，并以100%的成功率完成了主要任務(wù)，SpaceX的客戶及其保險(xiǎn)公司對該火箭產(chǎn)生了信心。

“我們正在證明我們演示的東西，”肖特維爾說。“在商業(yè)方面，保險(xiǎn)界對此做出了適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。并沒有因?yàn)轱w行證明而需要支付保費(fèi)。我記得做第一次簡報(bào)時(shí)，對保險(xiǎn)公司說：‘聽著，你們會(huì)希望人們使用經(jīng)過飛行證明的火箭。你們會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)你已經(jīng)使用那枚回收火箭時(shí)，發(fā)射會(huì)更容易。你你可以在第一次飛行中解決問題?！?/p>

通過投資再利用，SpaceX不僅能夠大幅降低每次發(fā)射的成本，還在其位于加州霍桑的主工廠騰出了大量的工廠空間，因?yàn)樗辉傩枰獮槊看物w行制造9個(gè)新的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)和助推器。

“這很好，獵鷹9號(hào)不必在一年內(nèi)達(dá)到40個(gè)核心，因?yàn)槲覀冋噲D弄清楚工廠的布局來做到這一點(diǎn)，”肖特維爾說?！岸破魃a(chǎn)顯然需要大量的空間。不用在一年內(nèi)制造40個(gè)助推器對公司靈活處理和做其他項(xiàng)目的工作的能力是非常有幫助的，這一點(diǎn)毫無疑問。我們把一些獵鷹火箭團(tuán)隊(duì)員工轉(zhuǎn)移到了龍飛船項(xiàng)目上。當(dāng)然，我們也會(huì)把一些獵鷹和龍飛船項(xiàng)目的人調(diào)到星際飛船項(xiàng)目中。”

Rocket Lab也在尋求通過重復(fù)使用來提高生產(chǎn)能力。Rocket Lab聯(lián)合創(chuàng)始人彼得-貝克說，通過重復(fù)使用一次助推器，公司可以將生產(chǎn)能力提高一倍，以滿足客戶需求。

貝克說，他最初對重復(fù)使用持懷疑態(tài)度，尤其是對小型軌道火箭。當(dāng)Rocket Lab在近十年前首次開始研發(fā)Electron火箭時(shí)，SpaceX還沒有成功回收獵鷹9號(hào)火箭。事實(shí)上，當(dāng)SpaceX制造其第一枚火箭時(shí)，體積更小的獵鷹1號(hào)就曾被嘗試重新使用。但SpaceX從未接近成功地將完整的獵鷹1號(hào)火箭助推器從海洋中打撈出來。

直到2017年和2018年，隨著Electron開始飛行，貝克研究了飛行數(shù)據(jù)，他才開始相信他的火箭可以安全地帶回地球?，F(xiàn)在，在完成了一些初步測試并計(jì)劃在2021年進(jìn)行更多的回收之后，貝克已經(jīng)成為了一個(gè)皈依者。

“如果Rocket Lab建造了一個(gè)新的助推器，從根本上說，它將從第一天開始就可以重復(fù)使用，”他說?！爱?dāng)我看到現(xiàn)在正在開發(fā)的新助推器不能重復(fù)使用時(shí)，我真的很驚訝。”
責(zé)編AJX