日本火箭的國家隊(duì)JAXA聯(lián)合三菱重工精心打磨的這個可回收火箭實(shí)驗(yàn)機(jī)RV-X,在其試驗(yàn)視頻里最高升到了11米的高度,然后平移了幾米落地,就被日媒吹成能提升日本航天國際競爭力,說句實(shí)在的,這水平差不多等于你剛學(xué)會在平地上扎穩(wěn)馬步,就到處宣揚(yáng)自己馬上能去參加格斗比賽拿冠軍。
11米高度的垂直起降,從頭到尾只驗(yàn)證了一件最基礎(chǔ)的事:火箭發(fā)動機(jī)能穩(wěn)定調(diào)節(jié)推力,姿態(tài)控制系統(tǒng)在極低速度下能把箭體扶穩(wěn),不至于剛點(diǎn)火就歪倒在發(fā)射臺上。
這東西有技術(shù)含量嗎?肯定有,畢竟是正經(jīng)火箭發(fā)動機(jī),不是航模上的電動螺旋槳。但要說它摸到了可回收火箭的核心門檻,那真的是抬舉它了。
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很多人對可回收火箭,或許有個挺大的誤解,總覺得能豎著落下來就是黑科技。其實(shí)恰恰相反,低空低速環(huán)境下的懸停和軟著陸,是整條技術(shù)鏈條里最沒有難度的入門環(huán)節(jié)。
在這個高度和速度下,你根本不用考慮高速氣流把箭體吹得東倒西歪,不用考慮空氣摩擦燒得外殼通紅發(fā)燙,甚至連天氣不好都能挑個風(fēng)和日麗的日子再飛。
說白了就是在近乎完美的理想環(huán)境里跑一遍基礎(chǔ)控制程序,和你拿消費(fèi)級無人機(jī)練定點(diǎn)懸停本質(zhì)上沒區(qū)別,無非是個頭大幾圈,動力換成了火箭發(fā)動機(jī)。
更耐人尋味的是,就在一年前,日本本土的本田公司自己搗鼓的垂直起降火箭實(shí)驗(yàn),完成度都比這次RV-X要亮眼。一家造汽車的隨手搞的偏玩具性質(zhì)的項(xiàng)目,都能追平甚至超過國家隊(duì)的進(jìn)度,這事說出來多少有點(diǎn)黑色幽默的味道。
本田搞的火箭
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說真的,我看到這個視頻的時候,還以為是哪個民間愛好者的小制作,翻到牽頭單位是JAXA和三菱重工的時候,愣了好半天。
要是哪個大學(xué)的本科生航天社團(tuán),攢零件攢出這么個能飛11米還能穩(wěn)穩(wěn)落地的小東西,我絕對要認(rèn)認(rèn)真真夸一句年輕人厲害,未來可期。
可這是日本航天領(lǐng)域的國家隊(duì)頂配陣容,拿著全長7.3米、直徑1.8米的實(shí)驗(yàn)機(jī),據(jù)說從2006年就開始立項(xiàng)打磨,斷斷續(xù)續(xù)折騰了快二十年,最后就交出這么一份答卷,讓人說什么好呢。
那真正能投入使用的可回收運(yùn)載火箭,核心難點(diǎn)到底在哪?
頭一道過不去的坎,就是高空再入的熱防護(hù)系統(tǒng)。
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真正執(zhí)行發(fā)射任務(wù)的軌道級火箭,一子級分離時的高度通常在幾十公里以上,速度能沖到好幾馬赫。往地面回落的過程中,箭體和空氣劇烈摩擦,底部溫度能飆升到上千攝氏度。
別以為隨便涂一層耐高溫的涂料就能扛過去,防熱材料本身就是個龐大的系統(tǒng)工程,材料配方、噴涂工藝、老化衰減、成本控制,隨便拎一項(xiàng)出來都夠研究團(tuán)隊(duì)啃上好幾年。
我國的長十乙一子級做回收驗(yàn)證,光是防熱材料的研發(fā)就占了整個項(xiàng)目相當(dāng)大的比重,絕不是貼幾片隔熱瓦就能應(yīng)付過去的。
第二道坎,是跨聲速階段的姿態(tài)控制。
火箭從幾十公里的高空往下掉,速度會從高超音速一路降到亞音速,中間跨聲速的那段區(qū)間氣流最紊亂,箭體受力也最復(fù)雜。稍微有一點(diǎn)控制偏差,要么姿態(tài)失控直接摔成碎片,要么氣動載荷超過極限直接把箭體掰斷。這和11米高度下慢悠悠飄著的狀態(tài),完全是兩個世界的難度。
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你在11米高度調(diào)姿態(tài),就像在無風(fēng)的室內(nèi)游泳池里練平衡;跨聲速階段調(diào)姿態(tài),相當(dāng)于在十級臺風(fēng)的海面上站沖浪板,還得精準(zhǔn)落到海面指定的那一小塊區(qū)域。這中間的技術(shù)差距,根本不是多飛幾十次低空測試就能慢慢磨平的。
除此之外還有發(fā)動機(jī)的多次點(diǎn)火能力、大范圍深度節(jié)流能力,箭體結(jié)構(gòu)的抗沖擊強(qiáng)度,著陸支腿的緩沖性能,甚至導(dǎo)航定位的厘米級精度,每一項(xiàng)都是必須啃下來的硬骨頭。而這些核心技術(shù),低空小型樣機(jī)根本碰不到對應(yīng)的工況,自然也驗(yàn)證不了任何東西。
說到這里你應(yīng)該就能明白,RV-X這次的11米著陸,距離這項(xiàng)技術(shù)真正成熟落地投入使用,差的不是一步兩步,是從小學(xué)入學(xué)到博士畢業(yè)的完整距離——
第一步,就是現(xiàn)在RV-X剛做到的,十米級低空懸停著陸,驗(yàn)證最基礎(chǔ)的動力輸出和姿態(tài)控制邏輯,相當(dāng)于剛學(xué)會走路不摔跤。
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第二步,要做到百米級、公里級的垂直起降,逐步提升飛行高度和下落速度,驗(yàn)證發(fā)動機(jī)在更大推力調(diào)節(jié)范圍下的穩(wěn)定性,還有控制系統(tǒng)對抗風(fēng)擾等外界干擾的能力。
第三步,要做完整的亞軌道再入測試,把火箭打到幾十公里的高空,再讓它以真實(shí)的再入速度掉回來,完整經(jīng)歷大氣摩擦加熱、跨聲速減速的全過程,實(shí)打?qū)嶒?yàn)證熱防護(hù)系統(tǒng)和高速姿態(tài)控制的可靠性。
第四步,才是真正的軌道級發(fā)射回收,讓一子級完成衛(wèi)星投送的本職任務(wù)后,再自主返回著陸場精準(zhǔn)落地,到這一步才算在技術(shù)上真正跑通了全程。
就算跑完了這四步,也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上成功應(yīng)用。你還得保證箭體可以重復(fù)使用,要是飛一次就得翻修半個月,那叫實(shí)驗(yàn)品,不叫商用可回收火箭。你還得把回收和翻新的成本打下來,要是回收一次花的錢比造個全新的箭體還貴,那這項(xiàng)技術(shù)就沒有任何商業(yè)價值,純粹是技術(shù)展示。
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現(xiàn)在的RV-X,剛踩上第一步的終點(diǎn)線,后面幾步長什么樣都還沒看清。再結(jié)合日本航天項(xiàng)目一貫的慢節(jié)奏迭代速度,大概率再磨個十年二十年,能不能摸到軌道級回收的門檻,都得打上一個大大的問號。
當(dāng)然了,航天探索從來不是百米沖刺,慢一點(diǎn)本身不是什么丟人的事。誰都是從零基礎(chǔ)一步步走過來的,沒人能剛?cè)胄芯透愠龀墒斓纳逃卯a(chǎn)品。
我只是覺得,明明還在山腳下剛邁開第一步,就忙著對著山頂喊自己馬上要登頂,甚至開始盤算登頂之后能拿到多少國際話語權(quán),多少有點(diǎn)操之過急。
航天這行最是實(shí)在,行就是行,不行就是不行,能飛多高、落點(diǎn)有多準(zhǔn)、能重復(fù)使用多少次,全都是拿數(shù)據(jù)說話的硬指標(biāo),靠媒體寫幾篇通稿吹泡泡,是吹不出技術(shù)進(jìn)步的。
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