相信常看航天新聞的你,肯定是對SpaceX的火箭回收不陌生。
現在SpaceX的火箭往返,就頻繁的和航班似的,那一次次回收的幾十米高的火箭一子級,就像一根根精準插在著陸場的筷子,四腿一撐,讓不少中國網友羨慕不已,“太科幻了!”“咱們什么時候也能這樣?”
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從現在起,咱們其實也可以宣布,咱們也做到了,并且還用了全世界都沒嘗試過的方式。
7月10號的12時15分,在海南商業航天發射場,長征十號乙運載火箭點火起飛,成功把衛星送到了預定軌道。這其實是長征系列火箭的常規操作,并沒有啥讓人稀奇的。但真正讓全球航天圈炸鍋的,是接下來的6分鐘。
6分鐘后,火箭飛出去的一子級,在分離之后,來了一個漂亮的空中轉身,一頭扎入到了海上平臺的一張大網中。對,沒錯,我國的火箭一子級回收,是用的“網”,而不是美國SpaceX的“腿”。
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這是我國第一次成功實施運載火箭一子級的可控回收,也是全世界第一次實現運載火箭的海上網系回收。
長征十號乙火箭,是個擁有5米直徑,兩級串聯構型的大型液體運載火箭。它分為上下兩段,實現可回收的就是火箭下方底部的一子級部分。這里順便說一下,這兩極構型所選用的推進劑是有區別的。可回收的一子級部分,用的是液氧煤油推進劑。而送衛星上天的那一段,用的是液氧甲烷推進劑。
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長征十號乙火箭,全箭箭高63米,相當于20多層樓房。起飛重量760噸,起飛推力890噸。在可重復使用狀態下,長征十號乙火箭的運載能力為16噸。這個運力水平,如果用來部署我國的互聯網星座,比如說千帆星座,可以說是完全應對地來。并且可重復使用火箭的最大好處,就是便宜。畢竟火箭最貴的,就是一子級那幾臺大型發動機了,現在能夠收回來重復使用,就讓衛星的發射成本直線下降。
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圈叔在這大概算了一下,如果是布局低軌200公里軌道,加上扣除10%的結構余量,使用長征十號火箭可以布置240kg輕量星60顆,270kg標準星53顆,300kg高配星48顆。按照千帆星座常規工作軌道900到1200公里,那么就可以布置240kg輕量極軌星41顆,270kg標準寬帶星36顆,300kg高配平板星33顆。
那肯定網友們還有一個讓人最好奇的問題,為啥非得用“網”?用“腿”站著不香嗎?
當前世界主流火箭回收模式是垂直起降,火箭底下帶四條著陸腿,落地瞬間靠腿撐住。SpaceX就是這條路子的代表。但這玩意兒有個麻煩:腿重,占地方,對落地速度和姿態的要求極其苛刻,歪一點都不行,速度稍微快一丁點,腿就折了,火箭就倒了。
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長十乙的設計團隊另辟蹊徑,搞了一套“掛索+網系”的柔性回收方案。
說白了就是:火箭底下不帶腿,帶幾個掛鉤。海上平臺鋪一張“井”字形的高強度緩沖攔阻網。火箭快落下來的時候,箭上的傳感器實時感知飛行狀態,發動機和柵格舵協同控制,讓掛鉤精準地對準那張網。
掛鉤一觸網,網面帶著箭體順勢下移,通過柔性緩沖把殘余能量逐步吸收。緊接著鎖定機構啟動,“咔嚓”一聲,火箭就被穩穩地捕獲了。也就是說,網系回收的容錯率更高,沒那么多“差一點就完蛋”的驚險時刻。
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而且這還不是在陸地上玩的。火箭要落在海上平臺,平臺本身是晃的,火箭是飛的,兩個都在動。這種“動對動”的控制難度,比在靜止靶子上射箭難了不知道多少個數量級。
很多人不知道,長征十號其實是個火箭家族,包含甲、乙、丙三兄弟。
長征十號甲是我國新一代近地載人運載火箭。它整合了長二F、長七火箭的成熟技術,采用無毒環保的液氧煤油推進劑,未來將承擔航天員往返空間站的載人、載貨任務。
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長征十號乙就是剛剛完成首飛回收的這位,它采用模塊化設計,復用了長十甲的可回收一子級,搭配全新研發的液氧甲烷二子級。區別于一甲承擔的載人航天任務,長十乙主打商業航天市場,任務適配性更強、發射更靈活。它采用高效的水平組裝、水平測試、水平轉運“三平”測發模式,大幅縮短發射工位占用時間,適配商業高頻次發射需求。
長征十號丙目前正在加緊研制,是我國未來商業航天的“主力火箭”。它采用全液氧甲烷動力方案,從設計之初就融入商業化理念,主打低成本、易維護、高頻次發射。
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這次長十乙首飛,實際上是一個“雙首飛”。一方面是一子級的全剖面驗證飛行,要實現垂直起降運載火箭的可控回收;另一方面是二子級的入軌驗證。一次發射,驗證兩套系統。
現在發一次火箭,跟包一架飛機差不多,不再是準備幾個月,花銷幾個億。
未來的目標是像航班一樣,今天發、明天發、天天發,成本降到跟買張機票似的。到那時候,建空間站、發衛星星座、甚至送人去太空旅游,都不再是“舉國之力”才能干的事了。
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而長十乙的故事還沒結束。今年年底前,還要完成火箭一子級的復用飛行。也就是說,年底咱們還要再看一次,收回來那枚火箭,洗洗干凈,再打一次。
別人走的路,我們可以走;別人沒走過的路,我們照樣蹚得開。
網已張開,箭已歸巢。下一站,星辰大海。
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