过去几十年人类对火箭回收有哪些设想?
一说到火箭回收这事,就不能不提到美国,并不是因为他们第一个把可重复从理念变成现实,而是的确很早就提出了多个大胆构想,比如准备一架巨型直升机,等火箭发射后直接空中捕获。
美国不是总提起阿波罗时代6次登月吗?当时12名航天员之所以能先后站上月球,当然不是光有载人飞船就行,还得有运力足够强大的运载火箭,而土星五号就扮演了这个重要角色,不需要多次发射,直接一步到位。
你知道吗?在土星五号还没服役、尚处于设计阶段的时候,美国就考虑过用降落伞方案来进行回收,但是这个方案最后没有成形,除了大家能想到的原因:材料限制,以及控制技术以外,还有一个决定性因素,那就是土星五号不能因为回收而降低运载能力。
简单来说,降落伞这个方案,一旦在土星五号身上实施,便很难保证运力还能满足发射要求,无论是滑翔翼,还是降落伞,包括强化结构,都会让火箭“死重”大增。而且,土星五号最后达成的发射成功率,是不是也能做到100%,这些都将变成未知数。
后来,美国又开发了垂直起降试验火箭三角快帆,而且还进行过多次试飞验证,飞行时的最大高度曾达到2500米。该技术在转让给美国宇航局之后,虽然也飞了几次,但由于飞行时着陆架展开异常,箭体被烧毁,然后就结束了,理由是项目没有足够的资金。
也就是说,美国从有回收火箭这个想法,到开始去进行技术验证,中间还是有四五十年的时间跨度。虽然没有研制出一枚可复用火箭,但也通过低空飞行测试证明了一点,那就是垂直回收技术(VTVL 路径)这条路能走通。
在此之后,除了垂直回收技术路径以外,也有其他试验尝试用直升机捕获,但结果不如预想,都以失败告终。然后又转向伞降打捞回收试验,也的确通过"箭体伞降、缓降落海、船只打捞"方案回收成功了,但这种方式不适合运力大的火箭,而且落海还可能导致部件腐蚀,所以也没变成火箭回收的主流方式。
不过十年时间,美国就不满足一级回收了,也不再局限于垂直起降回收这种方式!
的确,猎鹰9号也算是顶住了压力,还把垂直起降回收练得越来越成熟,如今是很少在看到该火箭发生事故了,而且对世界都产生了深远影响,不少其他火箭在尝试回收的时候,也都是采取的这个回收原理,尽管本身高度较大,对精度的要求特别高。
距离猎鹰9号首次回收成功,不过10年时间,但美国早已不满足只是一级回收,所以又有了星舰,不仅近地轨道运力可达百吨以上级别,而且还要实现两级都可回收。
目前,其超重型助推器已经验证成功,而且回收方式还是空中动态捕获,发射后通过机械臂来捕获,也就是所谓的筷子夹火箭,这种回收方式的难度也很大,需要在火箭悬停的一瞬间就夹住,不仅优化掉了增加“死重”的着陆腿,对运力影响降低,还让火箭复用的周期进一步缩短。
之前,ZQ-3首飞的时候,还有人说什么马斯克开源,火箭回收不难。但实际上呢?别说其他国家了,就美国自己这么多年,也没有研制出多少款可复用火箭。截至目前,已经服役、且回收成功的运载火箭,除了猎鹰9号,也就是只有新格伦了。
而且,无论是新格伦、还是猎鹰9号,都不是一次就回收成功,可以说走了一条相似的路,故障、爆炸都有发生,这既体现了这种着陆腿方式回收的难度不小,也印证了真技术不是看一眼就会,也不会有人直接告诉你怎么做就能办成。
当下,目标定位完全可复用的星舰尚处于亚轨道试飞阶段,已经飞了12次,原本计划实施的第13次试飞,但因为发射前出问题延期了。即便过去的多次试飞都出现了不同的问题,但本来也是用来做技术验证,所以可以把关注重点放在又取得了哪些突破上。
ZQ-3跟猎鹰9号的回收方式核心原理一样,有可能成为中国第二枚可复用火箭吗?
其实,无论是猎鹰9号,还是ZQ-3,他们都支持陆地发射场直接回收,只不过很多时候我们都看到猎鹰9号是在海上无人驳船平台回收成功罢了。从回收原理来说,这两枚火箭其实基本相同,都是依靠发动机反推减速,着陆的时候也主要是依靠火箭自带的着陆腿。
区别主要是猎鹰9号的已经把这套回收技术用熟练了,而我们的ZQ-3才刚开始,首飞的时候虽然载荷入轨,但回收失败,所以很多人都关注这第二次飞行,之前就已经完成静态点火,可以说已经进入准备发射的状态,只是具体时间官方尚未正式公布。
大家都知道,前阵子我国通过自己开辟的新回收方式(网系回收)成功步入可回收火箭时代,接下来关注点就给到了ZQ-3,不仅是回收是否成功,还有一个至今没解开的谜团,那就是会不会更换上当时设计的发动机,这关系到火箭的运力是否提升,以及回收风险有多大,毕竟运力更大的发动机天鹊12B至今还没上过天。
要知道ZQ-3首飞的时候,一级发动机和二级发动机都跟设计中的不一样,实飞时一级是9台天鹊12A并联(设计配置为9台天鹊12B并联)、二级是一台天鹊15A真空型(设计配置为1台天鹊15B),首飞的真实运力当然也会比设计数据低一些。
所以,面对这个情况,有人希望ZQ-3这次飞能换上新的发动机,因为那才是真正的ZQ-3。但也有人觉得应该先把回收放在第一位,运力小一点也没关系,毕竟着陆腿回收方式的技术难度本来就大,不如先把发射-回收-复用这条路先跑通,然后再换发动机提运力。
的确也是如此,新发动机都需要进行多次测试才能稳定下来,直接用在ZQ-3身上,无疑会增加更多不确定的风险,回收成功的概率就会降低。而且,大家也不要把关注点只集中在成败上,对于火箭背后的民营公司来说,可能压力小一些反而容易拿到更好的结果。
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