一级火箭回收spacex成功回收火箭 代表了什么意思

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2015-12-26 06:18 标签： 一级火箭回收成功
SpaceX成功了 人类历史上的第一次火箭回收是怎么做到的？
【编者按】本文作者毛新愿，荷兰代尔夫特理工大学航天工程专业博士，主攻低轨卫星定轨，北斗/GPS
12月22日，一个震撼世人的消息很快传遍了世界各地：美国SpaceX公司的猎鹰9号火箭，在运送Orbcomm公司11颗通讯卫星进入轨道后，地面成功回收了返回的一级火箭，创造了人类太空史上当之无愧的第一。
从下图中可以看到这次发射任务火箭轨迹震撼的延时摄影。
（来自SpaceX官网）
这与日美国蓝色起源公司（Blue&Origin）进行的New&Shepard火箭回收实验形成了鲜明的对比，下图展示了两次回收的轨迹巨大区别。相比而言，猎鹰九号实现了一次标准的入轨轨迹，一级火箭在将剩余部分火箭送入既定位置后继续返回，返回高度已经超过200千米，飞行水平距离约95千米，而且剩余火箭成功完成了11颗卫星的发射任务，可谓是个让人极其信服的实验，相较之下蓝色起源的New&Shepard还处在初级验证阶段。
（图片来自Jon&Ross所在的ZLSA工作室）
关于SpaceX这个公司和他老板伊隆&马斯克（Elon&Musk）的传奇经历，下篇文章再谈，本次先为大家回顾下猎鹰九号火箭的成功历程。
首先，为什么要回收火箭？
由于技术复杂，没有工业化批量生产，火箭的制造与发射一直是个极其昂贵的过程，动辄上亿乃至数亿美元。为了航天发射节省成本，上世纪美国和苏联在太空竞赛的背景下提出了利用可回收的优势发展航天飞机，然而事实证明由于系统过于复杂、再利用成本极其高昂，航天飞机成为一个失败的科研项目：美国航天飞机平均的发射费用达到了瞠目结舌的15亿美元，加上挑战者号和哥伦比亚号的失败，直接导致项目下马。而苏联人做的暴风雪号，则完全没有投入实际使用就宣告退役。这种背景下，重复回收火箭被人重新提出。
因为从理论上讲，火箭的发射成本里面，燃料的费用非常低。以猎鹰九号为例，单次发射费用为5400万美元，但燃料费只有20万美元，所以如果能回收单看数据自然大大降低了成本。
虽然由于系统设计难度增加、冗余及备份、牺牲发射效率（火箭内还要留有燃料）、无法预测的发动机翻新费用等系列缺点，但没有人敢断言在未来技术成熟和火箭发射频率要求提升的背景下，这是个会多有前景的黑科技。
于是乎，各个航天大国的火箭回收项目又看到了曙光，由于火箭绝大部分成本都在一级（比如猎鹰九号一级带有9个发动机，二级只有1个），也从可行性方面考虑（二级及以上飞行距离过远过高回收几乎不可能），所有的火箭回收都针对一级火箭。但目前各国尤其是美国的航天科研重心并不在于此，这让背景为民营的SpaceX有了自己的科研空间。但要记住，航天永远是国之重器，SpaceX研究的火箭回收技术，只是美国宇航局出让出去的很小一部分而已。
那么，SpaceX是如何做到的？
说到这里，先简单回顾下SpaceX的成立。
SpaceX是一家民营的私人航天公司，是的，你没有看错，刚开始这并不是政府重点扶持立项的企业。伊隆&马斯克是个超级天才，12岁已经在卖自己开发的商业软件，30岁不到已经两次创业成功赚到了第一桶金。他在2002年创立了SpaceX，4年后正式注资了一亿美元（他一个人持有整个公司三分之二的股份，标准的私人公司），然后便开始了他的航天之路。在逐渐获得成功之后，拿到了美国宇航局的合同和技术支持，才真正踏上了飞天之路。
（图片来自SpaceX官网）
火箭发动机的制造
SpaceX的火箭发动机制造技术可谓是看家本领，短短数年间就开发出了Merlin、Kestrel、Raptor、Draco和SuperDraco几个系列火箭发动机。从煤油、甲烷到自燃类引擎几大系列，可谓是一个非常丰富的家族了，但一个Merlin系列就包含了六种版本，在这方面完全达到了航天大国水准。猎鹰九号上的一级火箭，则由9个捆绑的Merlin&Vacuum&(1D)型发动机构成，整个系统采用了非常先进的系统冗余和容错设计，可以在两枚发动机失效的情况下完成正常发射入轨任务，这也是SpaceX的杀手锏技术，前无古人。
（图片来自SpaceX官网）
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SpaceX全球首枚可回收火箭着陆时用力过猛 实验到底算不算成功？
上周五晚上17时47分，美国私人航空公司SpaceX的可回收火箭&猎鹰9号&经多次推迟，终于成功发射。火箭并未搭载实际载荷，而是在几分钟后徐徐下降，返回着陆&&这是人类史上第一次可回收火箭尝试。
据国外媒体报道，火箭搭载的&龙&飞船非常成功，向国际空间站运去了数吨的补给品，但猎鹰9号火箭的回收发生了一些问题。
SpaceX CEO Elon
Musk称，着陆地点距离浮动平台很近，但&只获得了部分成功&，他表示火箭成功降落在平台上，但势大力沉了点......火箭降落的速度本来应该从超音速降低到次音速，但携带的液压油用光了，未能控制住速度。回收完成后，SpaceX的工作人员发现，猎鹰9号火箭遭受碰撞已经损坏，但回收平台的情况尚好，部分设备可能需要更换。
那么，SpaceX这次实验到底算不算成功呢？我们认为，如果SpaceX公布的细节是真的，它完全可以算是成功了。
传统意义上的火箭一般采用多级设计，每一级的燃料燃烧完毕后都会自动脱落，让火箭变得更轻，从而更有效的把卫星、飞船等载荷送入轨道。这样结构的火箭设计简单，制造起来也方便，但是成本实在太高了，因为被丢弃的箭体内含引擎和燃料罐，价格不菲，每次发射都得造一枚新的火箭。SpaceX独辟蹊径，他们认为火箭主要部件可以回收，翻新并再次利用，于是，他们造出了猎鹰9号。
猎鹰系列火箭的箭体全部采用超强度航天级铝锂合金材料制造，且增加了特制的隔热措施，用以保护火箭的第一级和第二级在重返地球大气层时免遭高温损坏。按照SpaceX的想法，猎鹰9号一级火箭与上面级分离后，还会剩余一点点燃料，它会再次点火并自动调整姿态，返回大气层，通过GPS等导航技术徐徐下降，最终垂直降落在回收平台上。
这个过程可以一点都不容易，猎鹰9有十多层楼那么高，起飞重量重上百吨。这么大的家伙从大气层外以每秒钟几百米的速度掉下来，要通过火箭发动机的反推功能一点点降低下降速度，下降时必须保证火箭姿态稳定，同时，还得降落在一个足球场大小的回收平台上，难度可想而知。外媒评论整个回收过程犹如&台风中让橡胶扫帚柄直立于手掌上&。
整个回收过程难度最大的部分就是&如何让火箭精确定位并降落到回收平台上&，它需要非常精确的导航技术，以及极其精确的姿态控制技术&&猎鹰9号火箭没有气动控制面，它在大气层内的姿态全都靠几个火箭发动机对反推推力进行微调来控制。
从本次实验的情况来看，这些两项技术都已经被验证是可行的了，SpaceX的疏漏是未能正确计算液压油的消耗量，以至于降落的最末端速度过快（发动机喷嘴角度微调是通过电控液压泵控制的）。Elon
Musk已经放话，下次发射多带50%液压液，下个月马上就复飞。如果猎鹰9号火箭的回收技术成为现实，商用火箭发射成本最多可以降低90%，这将为无数通往宇宙的梦想开启一扇新的大门，让我们祝&钢铁侠&Elon
Musk好运吧。
（编辑：来不及思考）

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