SPACEX功勋火箭意外殒命!中国可回收火箭正在路上

行者吴江 2023-12-31 22:37:01

SpaceX 表示助推器 B1058 在 12 月 23 日完成发射任务之后,重返位于纳维拉尔港不到 100 英里的 Just Read the Instructions(JRTI)甲板上,不过由于大风和海浪,导致 B1058 掉入海中。SpaceX 表示,助推器 B1058 服役 3.5 年时间,期间成功发射了超过 860 多颗卫星或超过 260 吨的货物进入轨道,于 2023 年 12 月 23 日还成功完成了第 19 次重复使用任务。

B1058执行了SpaceX第21次国际空间站货运任务,为韩国发射了一颗专用卫星ANASIS-II,执行了“运输者1号”(Transporter-1)和“运输者3号”(Transporter-3)两次小卫星“拼单”发射任务,以及14次星链卫星发射任务。其中2021年1月SpaceX首次“拼车”专列“运输者1号”一箭143星,彼时创下单次发射携带卫星数量最多的世界纪录,一举打破印度保持多年的一箭104星。

正是因为SPACE X掌握了火箭可回收技术,才使得其发射频率大大增加。一般来说,火箭本身的成本占发射总报价的70%,其中第一级和第二级的成本按照4.35:1的比例分配。另外的20%要给测控,还有一些发射保险成本等。SpaceX猎鹰9号运载火箭的发射成本中,火箭的成本占比约为53%,第一级的成本约为3534.2万美元,第二级的成本约为812.4万美元。单次发射的指挥、测控的成本约为1242万美元。利润约为621万美元。截止到12月29日,SPACE X在2023年一共发射了96次,预计收入达到80-90亿美元,利润30亿美元,已经成为全球火箭发射第一的公司。另外,其星链全球互联网用户已经到了230万以上,商业闭环初步形成。

火箭回收主要有以下几个难点:

1、有效载荷与燃料的比例:为了让火箭成功返回地面,燃料和推进器的重量应该足够小,但是同样需要足够多的燃料来让火箭成功进入轨道。

2、轨道参数的准确性:每个成功的回收都需要进行轨道参数的准确计算,这需要使用复杂的数学模型来预测速度、加速度、飞行时间等因素。

3、伞降系统:如果回收的火箭没有伞降系统,那么火箭很可能会被摧毁或损坏。因此,可重复使用的火箭需要精确而可靠的伞降系统,以确保在返回过程中的安全着陆。或者采用喷射缓冲着陆系统。

4、外形设计:回收的火箭需要坚固耐用,同时还需要具备足够的空气动力学性能,可在飞行中稳定并准确驾驶。

5、发动机重复使用:发动机是火箭的核心部分。可重复使用的火箭需要解决火箭发动机与推进剂的兼容性问题,延长发动机的使用寿命,降低发动机磨损程度,使得它能够安全地进行多次重复使用。液氧甲烷或液氧煤油是两种主要推进剂。

6、安全问题:开发出一种可重复使用的火箭需要在安全、可靠和通信方面有很强的保障情况下,保证良好的工作表现,避免以往的火箭问题高发生率的问题。

要把以上问题都解决好,不是一件容易的事情。迄今为止,全球还只有马斯克的SPACE X 彻底解决了一级火箭可回收问题。作为一项重大技术,中国也开始有不少民营火箭公司开始尝试做火箭回收技术储备。

最近,我们在中国民营火箭先锋企业星河动力的宣传片惊喜的发现,该公司已经部分掌握了可回收技术。苍穹-50可重复使用液氧煤油发动机地面验证成功、完成级间分离测试、增压输送系统典型管路振动实验、液氧加泄连接器实验、气管连接器实验、火箭末段回收算法先期缩比验证等。按照星河动力公司的计划,将于2024年下半年进行液氧煤油火箭首次飞行,以及接下来的一级火箭回收测试。希望早日成功!

除了星河动力之外,国内的民营火箭公司还有星际荣耀、中科宇航、天兵科技等公司也在开展相关研究或实验,各家公司列出的时间表均是在2024-2025年实现可回收技术。到时就看哪家先,哪家技术稳定了。

2023年11月2日,北京星际荣耀空间科技股份有限公司自主研发的液氧甲烷可重复使用验证火箭“双曲线二号-2Y”在中国酒泉卫星发射中心点火升空,约1分钟后,火箭在目标着陆点平稳精确着陆,飞行试验任务取得圆满成功。

今年4月,中科宇航成功在山东海阳进行了海上垂直回收演示验证飞行试验。中科宇航技术团队在接受记者采访时表示,本次试验所验证的技术主要是为近太空可回收科学实验平台、入轨火箭子级回收、太空旅游飞行器进行技术攻关和技术积累。

作为国家队,长征八号承担了可回收火箭的任务。长征八号将继承、验证一系列最新的火箭技术,如“基于模块组合的快速集成设计技术”“发动机节流应用技术”“基于控制效果的喷管极性辨识和控制重构算法”等等。长征八号将一步步完成中国自主的火箭回收技术验证,并希望在2025年彻底验证完成整套的回收技术方案。到时长征八号将可以大幅降低发射成本,进军国际火箭发射商业市场。

卫星互联网,也有人看成是6G网,或者说是天地一体网,可回收火箭是第一步。之后就是高密度高可靠性低成本发射卫星,马斯克的计划是发射4.2万颗,贝佐斯的计划是发射3236颗,且很可能交给马斯克的SPACE X来发射。而我国也提出在未来5-7年发射12992颗卫星的计划。2023年7月9日19时0分,中国成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空。2023年11月21日,据中国航天报消息,主题为“数字化转型赋能卫星应用产业”的2023中国卫星应用大会在北京召开。据大会发布消息,航天科技集团中国卫通已初步建成首张完整覆盖我国国土全境及“一带一路”沿线重点区域的高轨卫星互联网(包括中星16号、中星19号、中星26号等高通量卫星),预计到“十四五”末期,高通量卫星总容量将超过500Gbps。

美国之所以都想大力发展卫星互联网,一是因为美国本土大面积土地上没有4G或5G基站,稍微偏远一点的地区都没有网络信号。如果搭载了星链接收装置的卫星互联网终端能够装在特斯拉上面,那对于马斯克的商业闭环作用无疑是大大的。而俄乌战争、巴以冲突等局部热点战事,又将卫星互联网的作用放大了,特别是几次马斯克抓紧时机作秀,让全球吃瓜群众看得目瞪口呆。用于战争期间的星链,马斯克直接敢向美军方开口要4亿多美元的服务费,可见其利润之高!

中国作为这一领域的追随者,我们在航空航天上的底子还是非常雄厚的,只不过原来体系较为庞大,运作成本也高。现在要进行商业化运作,低成本高可靠性高效率是首要问题,这时民营企业的加入正好恰逢其时。这些民营火箭公司通过资本市场的力量,集聚那些敢于担当一定风险的投资人先行进场参与,通过快速迭代,大大加速了行业的进程。相信,在2024-2025年期间,一定会看见相当数量的中国互联网卫星闪耀全球星空!这是一个继新能源车之后的一个万亿级别的蓝海市场,又只见中美两国同台竞争,值得期待!

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行者吴江

简介:介绍国家高科技发展,促进国家科技自强自立。