12月25日據外國媒體消息,美國SpaceX公司成功實現了火箭的回收著陸,這大大降低火箭的發射成本。但究竟能降低多少成本呢?
SpaceX的火箭回收為民營航天業節約了大量的成本。之前,火箭在用于發射任務后,一般會作為垃圾丟棄。這樣一來,太空公司的每一次發射任務,都需要花費數百萬美元生產全新火箭。SpaceX CEO伊隆·馬斯克(Elon Musk)表示,“獵鷹9號”火箭的制造成本高達6000萬美元,燃料成本僅為20萬美元。他認為,可重復利用火箭可以不斷降低這部分成本。從理論上講,只需要給一枚火箭重復灌入燃料,即可執行多次發射任務。
但是,實際上非如此。SpaceX需要確保它所回收的火箭仍然具備再次發射的條件。“獵鷹9號”在飛行時經歷了大幅的溫度變化,而且要承受極高的壓力和振動等環境中的諸多極端因素的影響。這些因素都會對火箭本身造成磨損,所以,回收之后的火箭或許需要進行維修和更新,才能再次執行發射任務。翻修火箭引擎往往成本高昂。如果翻修時間太長,SpaceX就無法頻繁地發射。
翻修成本是是航天飛機成本高昂的主要原因之一。航天飛機使用巨大的一次性燃料箱和兩個可以重復使用的火箭助推器完成發射。一旦完成太空任務,航天飛機可以像飛機一樣在返回地面。航天飛機的可反復使用設計是為了節約資金,因為除了外部燃料箱外,其他的組件都可以反復使用。“可惜的是,并沒有達到預期效果。”美國宇航局委員會成員兼航前天飛機項目主管維恩·海勒(Wayne Hale)表示,“這是一臺極其復雜的設備,需要進行大量翻修才能再次升空。”航天飛機的主要引擎經過幾次發射之后必須更換。這種飛行器還需要在兩次任務之間展開許多檢修。另外,在從海洋中回收之后,其火箭助推器也需要不斷更新,而且每次都要使用新的外部燃料箱。總體而言,這將把每次發射任務的成本推升到4.5億至15億美元之間。
“獵鷹9號”火箭的復雜程度遠不及航天飛機,所以檢修工作肯定會少很多。但這種運載設備也經歷了與航天飛機相同的飛行環境。曾經任職于航天飛部門的美國宇航局前項目經理史蒂夫·保盧斯(Steve Poulus)表示,“獵鷹9號”火箭的第一級,SpaceX回收的14層樓高的火箭主體,所經歷的溫度變化在-250至1,000華氏度(-157至538攝氏度)之間,前者發生在太空中,后者則會在返回大氣層時出現。“正因如此,設計過程才至關重要。”保盧斯說,“SpaceX很可能使用了金屬,某些部分可能是復合材料,可以承受這些溫度壓力,而不會遭受任何破壞。”獵鷹9號還要承受大氣層中氣體的巨大壓力和阻力。獵鷹9號一級火箭的最高飛行速度可達到5.5馬赫至7.5馬赫。它在穿越大氣層時會承受高空風的壓力,還會振動,可能導致箭體受損。“這些大氣負荷可達到數百磅,”保盧斯稱。
不過,在之前SpaceX的確多次發射過火箭。該公司借助“蚱蜢號”火箭測試了“獵鷹9號”火箭的回收著陸系統,總共發射了8次。然而,“蚱蜢號”火箭的飛行高度只有2,440英尺(約合743米),不會飛入太空,所以并沒有經歷“獵鷹9號”所經歷的那種嚴酷環境。"實際上,火箭的設計是很重要的。如果“獵鷹9號”在著陸時沒有受到太大破損,檢修的成本可能會降低,耗費的時間也可能會縮小。SpaceX在去年表示,該公司相信可以在無需檢修的情況下重新發射經過回收的火箭。現在,該公司的工程師必須研究他們的設計能否達到這一目標。倘若真的能達到預期效果,回收火箭就很有意義。
這也是SpaceX研究周一回收的“獵鷹9號”的原因,他們希望了解這枚火箭遭受的破壞程度。馬斯克表示,這枚火箭不會再次發射,但的確能夠幫助該公司了解兩次發射過程中所需進行的翻修工作。保盧斯表示,翻修成本肯定遠低于制造新火箭的成本。他認為,多數翻修工作都是專項檢修,并對某些部位進行細微調整,使得回收后的火箭能夠重新符合航天標準。這些成本應該不到50萬美元,遠低于一枚新火箭所需的6000萬美元成本。保盧斯說“這仍然可以大幅降低成本。”。(秋燕)