朱雀三号火箭在2025年12月3日执行首次发射任务,在这一次任务中挑战火箭一子级回收。当时火箭一二级完成分离后,二级火箭继续完成飞行任务,把载荷送上预定轨道。而火箭一子级在回收的过程中一开始也是非常完美的,不过在最后的环节进行减速着陆阶段出现了问题,火箭没有实现软着陆,距离圆满回收只差40米的距离而已。
在首飞过程中,朱雀三号火箭没有实现软着陆,不过这款火箭即将要进行第二次发射了,即将再次挑战回收火箭,如果实现回收的话,这将会是我国第二款实现可以回收重复使用的火箭。
现在我们正在大力推进可以重复使用火箭的研制,是因为重复使用的火箭是未来的一个趋势了。因为我们人类的航天任务越来越多了,需要发射更多的航天器去太空,而以往的火箭都是一次性的,所以发射成本就会非常高。想要实现大规模发射航天器,有一个很重要的前提条件,那就是必须低成本,才能实现大规模的部署,不然的话,也没有那么多资金去执行大规模的发射任务。
除了降低发射成本外,发射效率也需要提高才行。以往,火箭发射的次数都不是很多,一方面是成本限制了发射的频率,另一方面是火箭的生产、测试周期也是比较长的,短时间内是没法大量生产火箭出来的。
而可以重复使用的火箭就可以非常完美地解决这些问题。首先,可以重复使用的火箭就意味着不需要生产大量的火箭了,降低了火箭的制造成本。其次,可以重复使用的火箭意味着不需要花很多时间去生产新的火箭,火箭生产、测试环节就减少了,可以大幅度提高发射频率,可以高效率完成发射任务。
当时朱雀三号火箭即将首飞之时,马斯克曾经在社交媒体上表示,如果一切顺利,朱雀三号可能会在五年内超过猎鹰火箭。
虽然可以重复使用的火箭具有发射效率高、发射成本低等优势,但是想要实现火箭的可以回收重复使用,难度是非常大的,而且,实现火箭的回收也只是第一步而已,后续想要高效率的重复使用,也需要技术提供支持。那可以重复使用的火箭到底有多难?
第一个难点就是发动机的可靠性要求非常高。以前,一次性火箭只需要成功点火,然后稳定运行就行了,持续输出动力把载荷送上预定轨道,发射任务就完成了。所以对火箭发动机的可靠性、材料各方面的要求就没那么高,可以充分发挥材料、发动机的极限。而可以重复使用的火箭就不能这样了。
因为可以重复使用的火箭需要实现实现回收,就需要涉及到火箭发动机的多次重启。在发射过程中,火箭一子级、二级完成分离的时候,高度在100公里以上,这时候速度非常快,而在太空中环境非常恶劣,稳定非常低,几乎没有空气,而且是失重的状态下,一子级火箭还需要安全返回地球,在返回地球的过程中,发动机需要在高空高速的情况下多次启动发动机进行减速。
而且,每一次发动机启动,都意味着发动机内部需要经历超高温的温度,在这样的情况下对发动机的材料、制造工艺的要求都非常高。如果发动机重启失败也就意味着回收失败了。
以前那些一次性火箭不需要考虑发动机的重启,对这方面没有要求,所以难度会低一些。
第二个难度就是重返地球的时候,火箭一子级速度非常快,当火箭一子级以这么快的速度重返地球时,气动加热效应很强烈,外部温度会超过1000℃。
在这么高温的灼烧下,一般的材料直接化为灰烬了,而火箭一子级想要实现回收,那就必须要承受得住这么高温的灼烧,还不能出现任何问题,要确保火箭的所有系统都还能正常运行,比如说发动机还能正常启动才行。
而且,火箭箭体是修长的,在重返地球的过程中,它不会像载人飞船返回舱那样完美,气流会非常紊乱,空气冲击力剧烈晃动箭体,很容易导致火鸡箭体姿态出现失控、翻滚等情况,甚至可能会直接在高空中解体。
第三个难点就是导航精度非常高,而且飞行姿态控制要求也是非常高的。火箭返回时需要精准降落到着陆场上,和飞船返回地球的情况完全不一样,飞船返回舱返回地球时,有时候实际落点和预选着陆点的偏差可能达到几百米、几公里甚至更远,而火箭回收的情况下就不能有这么大的误差了,需要做到米级的精度。
这是非常难的,因为几十吨、上百吨的火箭从上百公里的太空返回地球,在返回地球的过程中,气流紊乱也会影响到火箭的飞行姿态,影响到火箭下降的精度,这时候,火箭需要使用栅格舵、发动机矢量推力来不断调整飞行姿态、飞行方向,任何一个环节出现问题,火箭可能都没法在着陆场精准着陆,如果降落到其他的地方,火箭可能就出现倾倒等情况,甚至可能会爆炸。
第三个难点就是着陆瞬间的缓冲,火箭重达几十吨、上百吨,着陆的时候需要使用着陆腿进行缓冲着陆,或者使用其他的方式进行缓冲着陆。朱雀三号火箭就是使用着陆腿进行着陆的。
在下降到一定的高度后,火箭需要及时展开着陆腿,而着陆腿又需要在火箭落地的瞬间吸收几十吨的冲击力,要求是非常高的。
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