一枚火箭可以重復使用十次甚至更多,是一種怎樣的高度?
幾年前,當馬斯克放出這樣的豪言時,曾遭遇外界無數的質疑聲。然而,瘋狂的馬斯克再次用行動證明了SpaceX(太空探索公司)的硬核實力。北京時間3月14日,SpaceX的一枚九手獵鷹9號火箭從美國肯尼迪航天中心39A發射臺點火升空,成功將第22批60顆星鏈衛星送上太空,再次刷新人類火箭復用紀錄。
這枚編號為B1051.9的“九手”火箭(B1表示第一級,051表示SpaceX制造的第51枚獵鷹9號火箭,9表示第9次飛行),經過633公里航程飛行后。獵鷹號火箭的芯一級穩穩落在“當然我還愛著你”(Of Course I Still Love You)海上回收平臺。這次成功降落是SpaceX第77次成功回收火箭,第55次成功海上回收火箭,更是前無古人的第一枚一箭九飛九回收火箭。
編號為B1051.9的獵鷹9號火箭成功實現回收
此次回收距離當初馬斯克復用10次的小目標僅一步之遙。按照計劃,在經過簡單修復后,最快今年4月,這枚獵鷹9號火箭將以B1051.10的新編號,實現“一箭十飛”的壯舉。不過,在SpaceX看來,一箭十飛并非復用上限,他們不會為每枚火箭設定飛行次數,超過復飛10次的發射很快就會到來。
SpaceX的獵鷹火箭引領航天復用之路一步步進階,中國火箭的回收復用進展如何?
雖然起步較晚,但中國可回收復用的火箭正在加緊推進,最快有望在2025年在CZ-8R(長征八號改)上完成這一突破。
值得關注的是,與獵鷹9號只回收芯一級不同,CZ-8R的方案是實現火箭整體回收,也就是包括助推器也一起回收,回收的技術場面可能會比獵鷹9號更加科幻,成本也將進一步降低。屆時,CZ-8R將成為中國版的獵鷹9號。
CZ-8R回收動態效果圖
火箭的回收復用并非需要一個較長的驗證過程。就在上周,我國成功復飛的長征七號甲,成功入列我國新一代運載火箭行列,填補了我國地球同步轉移軌道5.5噸至7噸的運力空白。不過,很多人沒有注意的是,這次長征七號甲的成功復飛,還驗證了CZ-8R的一系列回收復用技術。
其一,率先應用了起飛級“集束式分離”技術,以往捆綁助推器的火箭通常是先分離助推器,再分離芯一級,長征七號甲則是將助推器與芯一級作為一個整體分離,相當于是一個“大一級”,這無疑是為未來CZ-8R的芯一級和助推器一并垂直回收復用積累技術經驗。
其二,長征七號甲四個助推器,分別單擺一臺YF-100液氧煤油發動機,芯一級雙擺兩臺YF-100液氧煤油發動機,這與CZ-8R用到的主力液氧煤油火箭發動機相同。而且,在長征七號甲的液氧煤油發動機,特別進行了重復試車,確保火箭飛行的安全性、可靠性及性能,火箭發動機的重復試車正是火箭發動機的重復利用。
其實,除了最近的長征七號甲,中國航天科技集團也在其他成熟型號火箭上驗證回收復用技術,為CZ-8R垂直回收復用運載火箭的研制鋪路。
2019年7月26日,長征二號丙火箭在遙感三十號05組衛星發射任務中首次在芯一級箭體上安裝柵格舵,成功實現該級箭體的定點下落,在有效控制殘骸落區基礎上進一步探索了火箭回收技術;
2019年11月3日,長征四號乙火箭在高分七號衛星發射任務中再次應用柵格舵裝置,又一次完成芯一級可控落點下落任務;
2020年12月16日,長征八號運載火箭首飛,芯一級YF-100液氧煤油發動機順利實施推力節流控制,在提高火箭性能的同時,為垂直回收復用火箭再打通一關。據披露,長征八號預計將在今年完成垂直起降關鍵技術的演示驗證。
根據規劃,CZ-8R是在長征八號基礎上升級而來,將采用“兩助推+芯一級”集束式垂直回收方案。專家表示,選擇該回收方案原因有二:一是,只需一套回收裝置即可實現3套箭體模塊回收,經濟性更佳,該型火箭在重復使用三次之后即可抵消由復用需求產生的附加費用成本,通俗點說就是復用三次即可保本。
第二個原因則事關發動機的深度節流變推力問題,目前我國并沒有現成的深度變推發動機,CZ-8R起飛級配置的YF-100液氧煤油發動機可以在75%至100%之間實現推力調節,但這還不夠,采用集束式方案回收以增大箭體回收重量,就可以抵消發動機深度變推問題。由此看來,集束式回收可謂一箭雙雕,一方面最大限度回收起飛級箭體,另一方面也減輕了發動機變推壓力。