“老箭配老船”:SpaceX首次重复使用载人航天器送宇航员进太空
央视新闻 2021-04-25 20:40

当地时间4月23日5时50分左右,美国太空探索技术公司(SpaceX)载人“龙”飞船由“猎鹰9”(Falcon 9)火箭,从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,执行商业载人航天任务Crew-2,将4名宇航员送至国际空间站,进行为期6个月的任务。据美国航天局(NASA)介绍,“龙”飞船在经过近一天飞行后,于美东时间24日5时08分飞抵国际空间站并与之顺利对接。

“龙”飞船首次搭载了两个他国航天合作机构的宇航员升空,除了美国宇航局的谢恩·金布罗(右二)和梅根·麦克阿瑟(左二)外,还包括来自欧空局的托马斯·佩斯奎特(左一),以及日本宇宙航空研究开发机构的星出彰彦(右一)

相比于SpaceX此前的载人航天任务,此次的特别之处就在于,无论是飞船还是火箭均是“二手”。这也是人类航天史上继2011年航天飞机退役之后,首次重复使用载人航天器。

“二手”火箭+“二手”飞船=首次重复使用

此次任务使用的“猎鹰9”(Falcon 9)火箭和 “奋进”号(Endeavour)“龙”飞船都是之前空间站任务的“老兵”。SpaceX表示,使用曾经执行过飞行任务并回收的航天飞行器对于增加飞行可靠性、降低飞行成本起到关键作用。“猎鹰9”高70米,现已有5个版本,是SpaceX最常用的运载火箭。搭载过包括星链卫星、国际空间站的大量补给、机密军事载荷等。此前总共参与过112次发射任务,着陆回收72次。此次使用的“猎鹰9”的火箭助推器曾在去年11月执行Crew-1任务。“猎鹰9”是史上第一枚可多次重复使用一级助推器的液体燃料运载火箭,迄今为止,SpaceX已经成功回收并翻新了大部分“猎鹰9”火箭的助推器,其中一些还多次反复使用。但在本次载人发射任务之前,所有之前回收过的助推器都只是用于运载货物。△“奋进”号“龙”飞船“龙”飞船直径4米、高8.1米、最多可搭载7位宇航员。侧面有由 8 个发动机组成的推进器,能产生约1.5万磅推力;船身则集成了传统的火箭逃逸塔设计。目前,“龙”飞船主要用于运输人员、货物往返于国际空间站,此前总共参与过25次发射任务,23次到达国际空间站。本次执行任务的“奋进”号载人“龙”飞船曾于2020年5月搭载2名美国宇航员前往国际空间站,执行SpaceX的商业载人测试任务(Demo-2),同年8月返回地球。

SpaceX的绝活:重复使用火箭

火箭回收是SpaceX的绝活,为其商业计划的推行节省了大量的成本。SpaceX在其成立之初就瞄准了火星开发的市场空白,而实现火星开发的最基本前提就是大规模的航天发射。于是,可重复使用的火箭第一级(飞行器脱离大气层后分离的部分)就成为了其航天战略的核心。火箭第一级助推器在发射几分钟后与火箭的其他部分分离,并自行返回地球,安全着陆。SpaceX还设法通过重复使用有效载荷整流罩进一步降低了向低、中和极地轨道发射的成本。整流罩是两片用来包裹卫星,造价高达600万美金的复合材料。整流罩分离在火箭发射过程中,当火箭加速穿过地球大气层时,整流罩就位于运载火箭的顶部。这个部件的目的是保护火箭有效载荷不受气动力、气动加热及声震等有害环境的影响。当有效载荷被送入太空的预定轨道,火箭整流罩与之分离后,会使用自身的推进器调整姿态,自由返航,在一定高度打开整流罩自带的降落伞减速,之后落入大海。“猎鹰9”的火箭第一级助推器在将有效载荷发射到轨道后不久就从太空返回,在船上进行垂直降落。整流罩落入大海后,SpaceX的打捞船会从大海中捞起它,避免其因海水造成材料损伤。SpaceX的首席执行官埃隆·马斯克曾表示,一旦“猎鹰9”火箭第一级被重复使用,火箭的边际成本(后续发射的成本)就会下降到1500万美元。这一成本涵盖了全新的第二级(成本约为1000万美元)以及助推器和整流罩回收、燃料和其余的翻新成本等方面。此前,一旦火箭升空,就会被废弃,导致火箭成了“一次性”的航天器。马斯克称,“猎鹰9”火箭的制造成本高达6000万美元,燃料成本仅为20万美元。重复利用火箭可以不断降低制造成本。从理论上讲,只需要给一枚火箭重复灌入燃料,即可执行多次发射任务。当然前提是,SpaceX必须确保所回收的火箭仍具备再次发射的条件。“猎鹰9”在飞行时经历了大幅的温度变化,同时要承受诸多极端因素的影响,这些都会对火箭本身造成磨损。回收后的火箭要进行维修和更新,才能再次执行发射任务。当地时间4月16日,在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心进行发射准备工作的“龙”飞船和“猎鹰9”火箭美国科技博客The Verge曾撰文称,虽然SpaceX的“猎鹰9”火箭在回收之后可能仍会产生不菲的检修成本,但与建造一枚新的火箭相比,仍然可以大幅降低成本。

靠节省成本 拿下NASA登月独家授权

运载火箭的再利用是美国航天局(NASA)与私人企业结盟的一项重要目标,其目的就是在于节约成本。而SpaceX在此方面的成熟的技术发展,帮助其赢得了NASA的登月独家授权。当地时间4月16日,NASA宣布,SpaceX成功中标,击败了亚马逊创始人杰夫·贝索斯的蓝色起源和美国国家安全技术公司Leidos旗下的Dynetics,赢得了价值28.9亿美元的合同。根据合同,SpaceX的星舰(Starship)将用于执行一次无人绕月和一次载人登月任务,最快在2024年将宇航员送至月球。这也是NASA史上首个商业月球登陆计划。NASA称,SpaceX除了技术更为成熟外,能够重复利用部份的火箭组件也是其获得青睐的原因之一。

在人类探索太空的过程中,随着技术的发展,对航天器和火箭进行回收和再利用都是必不可少的,此次发射的成功证明了可复用载人飞船的可行性。有网友评论说:“SpaceX作为世界商业‘航天快递’的一哥,这一次是正常发挥”,但却改变了国际商业航天的格局市场。(央视新闻)

编辑/田野

相关阅读
SpaceX火箭着陆失败再次停飞,或影响两次载人任务
澎湃新闻 2024-08-30
SpaceX全新载人龙飞船送4名宇航员前往国际空间站
澎湃新闻 2022-04-27
SpaceX第四趟卫星拼车专列发车,送40个航天器上天
澎湃新闻 2022-04-02
SpaceX第四趟卫星拼车专列发车 送40个航天器上天
澎湃新闻 2022-04-02
SpaceX第三趟卫星拼车专列发车,105个航天器上天
澎湃新闻 2022-01-14
SpaceX第五次载人飞行:送4名宇航员前往国际空间站
澎湃新闻 2021-11-11
因宇航员健康状况 SpaceX“龙”飞船发射时间推迟
中国新闻网 2021-11-02
四名宇航员将乘坐SpaceX龙飞船前往国际空间站
央视新闻客户端 2021-10-30
最新评论