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獵鷹9號,走起!

  • 發佈時間:2015-01-09 01:31:06  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  1月8日8時,美國宇航局(NASA)再次更新了太空探索技術公司(SpaceX)獵鷹9號運載火箭和龍飛船的發射時間——北京時間1月10日17:47。

  北京時間2015年1月6日19:20,由SpaceX研製的獵鷹9號(Falcon 9)運載火箭原本計劃在美國卡納維拉爾角空軍基地發射升空,但在倒計時進入1分鐘時,發射任務被緊急中止。

  此次代號為CRS-5的發射任務幾經推遲,可謂好事多磨。CRS-5是獵鷹9號運載火箭搭載龍飛船(Dragon)第5次執行空間站補給任務,CRS-5任務不僅通過龍飛船向空間站運送貨物,還要進行火箭返回測試,使獵鷹9號降落在海上移動平臺。

  這是SpaceX今年第一次重要測試,有評論認為,如果實驗成功,對火箭技術而言,也許將是一次改變遊戲規則的事件,而對於太空探索領域甚至將具有跨時代的意義。

   回收測試

  如何在“狂風中讓掃帚立於手掌之上”

  獵鷹9號和龍飛船一樣,誕生於位於美國矽谷的SpaceX。

  2012年5月22日,龍飛船搭載該型火箭發射升空,成為第一架飛往國際空間站的商業運輸飛船。自此,獵鷹9號也作為NASA商業軌道運輸服務平臺正式開始其太空之旅。

  這枚火箭身高68.4米,直徑3.7米,以煤油及液氧為燃料,它的地球同步軌道運載能力約為4.5噸,超過絕大多數目前現役的中國長征系列運載火箭,目前僅有發射過嫦娥三號月球探測器的長征三號乙火箭能與之匹敵,長三乙增強型的地球同步軌道運載能力能夠達到5.5噸。

  原計劃日前由獵鷹9號執行的CRS-5發射任務,將運送重達3700磅的物質到國際空間站上,其中包括科學實驗設備、零配件、食品、水和其他物資。但在這次發射中,與“送貨”同樣重要的,還有另一項工作——進行獵鷹9號的返回測試。

  傳統上,火箭設計成幾個階段。在發射後,火箭會卸下部分引擎和用完的燃料罐,讓火箭更輕身上路,攜帶衛星、飛船等進入軌道。卸下的器材將丟落地球和解體。這樣意味著每次的新任務都得製造新的火箭。而SpaceX認為火箭主要部件可以回收,翻新並再次利用。

  獵鷹系列火箭的頂端和外層全部採用超強度鋁鋰合金材料製造,且增加了特製的擋熱板,用以保護“獵鷹9號”第一級和第二級在重返地球大氣層時免遭損壞。在此次發射中的動畫演示中,獵鷹9號一級火箭與龍飛船分離後,將再次點火並調整姿態,返回大氣層,據稱還將使用GPS導航技術,最終垂直降落與海綿的浮動平臺上。

  “這個任務很不容易。” 有報道認為,這項技術的困難度首先在於,獵鷹9號高達十余層樓,爬升時的速度達1.6公里每秒,要讓直線上升的火箭“毫發無傷”地垂直下降,猶如“狂風中讓橡膠掃帚柄直立於手掌上”。

  減速引擎、飛翼導向、著陸支架一個不能少

  獵鷹9號可回收火箭若能成功試射,對太空探索領域來説將具有跨時代的意義。有報道稱,通過該火箭的自主返回技術,它將大幅縮減太空旅行的花銷。若能實現火箭的全面回收,預期發射成本將降低99%。

  按照這個思路,SpaceX設計第一階段推進器在返回大氣層時點燃引擎減速,附設飛翼協助落下時導向,還裝有“腿”讓它們穩定降落。在2014年,該公司已對可回收火箭進行多次試驗。

  在去年4月中的一次試驗中,SpaceX成功地實現了歷史上第一次火箭軟著陸,但該火箭隨後在公海側翻並毀壞,以至無法修復。

  在2014年7月,該公司針對第一級火箭進行了“軟著陸”測試。這次測試中,在接近海平面時,火箭被調整成水準方向,目的是希望可以完好無損地回收,但海水破壞了箭體,使得回收的可能性不復存在。

  在這次試驗後的聲明中,SpaceX公司表示:“此時此刻,我們非常自信地認為,(第一級火箭)能夠在浮動發射臺上成功著陸或者返回發射場,無需整修就可再次升空。”

  據稱,成功的標準是可重復使用的第一級火箭能夠“以高超音速的速度從太空返回地球,兩次重啟主引擎,部署著陸支架,並以接近零的速度著陸。”如果即將進行的海上著陸試驗成功,獵鷹9號的後兩次測試將是在堅固表面著陸。

   著陸平臺

  足球場大小,使用鑽油平臺定位技術

  對可重復使用火箭技術而言,除了火箭本身,其著陸的平臺上是一大難關。SpaceX創始人馬斯克表示:“火箭在海上平臺上著陸的可能性不超過50%,也不少於50%。”

  去年12月,馬斯克在社交網站上發佈了用於火箭降落的海上平臺的圖片,該平臺無人駕駛,大小相當於一個足球場。

  “在以前的嘗試中,我們只能設定10公里(6.2英里)以內的著陸精度。而在這次實驗中,我們的目標著陸精度是10米(33英尺)之內。”SpaceX公司在一份聲明中説。

  被稱為“火箭基地船”的著陸平臺採用鑽油平臺定位技術,在風暴中也能穩定駁船。為配合1月6日的發射,已前往大西洋的預定位置待命,這個地點距離佛羅裏達海岸大約兩百英里,為獵鷹9號著陸做準備。但是由於發射的取消,移動平臺著陸也不得不再度重新安排。

  馬斯克對媒體表示,獵鷹9號還將進行密集的發射實驗,他認為,“很有可能其中一次實驗將能夠成功,所以,我覺得我們離我們的目標已經相當接近。”

  發射故障

  遲到的聖誕禮物並沒有誤事

  CRS-5發射任務原定於去年12月19日進行,但在12月17日的靜態點火測試中,火箭的梅林1D引擎未能達到測試要求,SpaceX公司於是將實驗改在2015年初進行,並在12月19日安排了第二次靜態點火試驗,並且獲得成功,當時認為為2015年1月的正式發射掃清了障礙。

  2015年1月7日早上,獵鷹9號在臨升空前一分鐘突然喊停,官方表示是由於方嚮導航系統的系統發生問題,而緊急取消飛行計劃的,並解釋説,兩個2號門驅動系統的發動機在啟動前倒數計時時,其中一個出現移動現象,所以緊急喊停。同時強調,如果不是人工緊急停機,電腦也會自動使這個系統停止動作的,所以這次取消實際上是一個技術故障。由於1月6日的發射窗口期僅有1秒,發射任務已經取消,截至記者截稿時,最終將預期發射時間定於北京時間1月10日17:47。

  據報道,這次載有5000噸容量的貨物實際上是向太空站中的6名工作人員運輸食品和聖誕禮物的。原本計劃12月中旬送到,聖誕禮物應該是額外的驚喜,結果這次首次飛行被取消是因為發射系統的問題,後來12月底又試飛一次,這次是實驗,那麼以後這個是實驗就緒之後為本週二發射奠定了基礎,結果又出了問題,但太空署表示,太空站食品仍然充足,日本和俄羅斯都有定期運輸生産用品的航班,所以這次延誤不會造成任何太空站的工作和生活方面的不便。

   新聞回放

  “草蜢”:火箭長“腿”邁出關鍵一步

  2014年10月19日,位於美國加利福尼亞州的太空探索技術公司宣佈,它的“草蜢”火箭在本月初的試驗中創造了一項新紀錄:火箭由發射臺點火後飛到744米的空中,然後又垂直降落回發射臺。

  這家企業在其網站上公佈了此前進行的試驗的視頻,整個試驗過程持續78.8秒,火箭降回地面後外觀完好。與傳統運載火箭相比,“草蜢”外形上最大的不同是帶有四條鋼鋁結構的“腿”,它們帶有液壓減震器。這四條“腿”使火箭能抵禦垂直落回地面的巨大衝擊而不致嚴重損壞。

  太空探索技術公司説,“草蜢”的試驗是這家企業研發垂直起降、完全可重復使用運載火箭的“關鍵一步”。

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