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中国火箭回收技术能壮大火箭军实力吗?

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发表于 2016-1-9 07:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
   中国火箭回收技术能壮大火箭军实力吗?

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  由美国私人航天企业运营的的“猎鹰9号”运载火箭,于美国东部时间2015年12月21日晚发射升空,发射10分钟后,一级火箭成功着陆地面平台,首次实现安全回收。据美国媒体近期报道称,美国民营“太空探索科技公司”进行了一次壮观夜间发射,并实现火箭第一级推进器历史性的回收。这项技术不仅能大幅降低发射成本,更意味着未来“载人返地”技术的全新突破,是人类向低成本探索太空迈出的重要一步。但是,这项技术主要应用于民用呢还是军用更好?对此,与大家探讨如下。

民用航天一次史无前例的壮举
  火箭是人类探索外太空的载体,不过其高昂的造价也让人望而却步,也使这类探索活动很难有中小国家问津。据称,在美国航空航天局研发航天飞机时,每架研发费用高达20亿美元,它们总共进行了100多次发射,每次飞行费用高达5亿美元。为了探索降低航天发射费用,世界各航天大国无不在绞尽脑汁,但却收效甚微。

  没想到,被各国政府航天部门难住的事,最终率先被美国私营航天企业成功解决了。由美国亿万富翁埃隆·马斯克创建的美国太空探索技术公司(SpaceX),此前曾数次尝试实现“猎鹰9号”火箭的回收,目标是研制可重复使用的运载火箭,以降低探索太空的成本,但均以失败告终。如在2010年,“猎鹰9号”火箭首次发射时,配备了降落伞以减缓第一级火箭落入海洋时的速度,但第一级火箭还是没能挺过再入大气层时遭遇的空气阻力而烧毁。2015年4月,该公司再次试射“猎鹰9号”火箭,回收点选择在海面上,可惜火箭在软着陆时出现了细微的距离偏差,导致回收失败。6月,在又一次发射尝试中,“猎鹰9号”火箭遭遇了刚起飞就爆炸的事故。随后,SpaceX公司组织专家彻底排查故障,经过改进,最终,该火箭终于实现了成功回收。

  按照下一步的计划,回收后的“猎鹰9号”一级火箭将从专用回收场运输到卡纳维拉尔角的发射场,由SpaceX技术专家对回收后的火箭进行静态点火测试,以证明该火箭点火和发动机系统仍然可靠。之后,SpaceX将会评估该火箭能否用于再次发射,以证明这次回收是否真的完美无缺。不过,埃隆·马斯克宣布,这次发射和回收“猎鹰9号”火箭将成为人类航天史上的重要时刻,因为人类已经实现对火箭的重复再利用。但这次回收的这枚火箭将会再升空,因为这是SpaceX第一个成功回收的火箭,它是“独一无二”的,未来可能会用来做展览和纪念。

  猎鹰9号的回收,技术难点在哪呢?通常情况下,火箭都是一次性使用的,发射后并不进行回收,一级火箭在完成任务与二级火箭分离以后,或坠入大海、或掉落在陆地上,下次发射时则需再造一枚火箭。猎鹰9号成功回收在技术上的“惊艳之处”在于,它做到了将火箭这种形态细细长长的飞行器以垂直于地面的姿态成功的回收,这原理类似于在动态中竖立一枝铅笔或粉笔这类的物体,其平衡点和稳定性是很难掌握的。火箭在回收的过程中,更要克服高空、高速强气动力条件下的姿态控制,点火与反推,以及落地时的精度控制等问题。SpaceX公司曾将此过程比喻为“在狂风中使一把扫帚竖立在手掌上。”

多次使用可大幅降低发射成本
目前,所有国家使用的火箭在发射进入太空后要么被摧毁,要么就被抛弃。这些常规设计的火箭极大地提高了航天飞行的成本,因为对于每次发射都要制造新火箭,这使得很多国家的航天活动不得不受经费制约而不得畅意进行。那么,有没有办法大幅降低成本呢?曾有科学家提出,完整回收火箭并再次利用是个好办法。但火箭不是飞机,要想实现回收并再次利用,需要很多技术突破,看起来并不是那么容易。

  有科学家就算了一笔账:其实一枚火箭的成本,燃料仅占很小一部分,火箭的导航控制系统、燃料储箱和火箭发动机等部分才是绝对的大头。如果一枚火箭可以重复使用,那么就可以大大降低发射成本,预计第一级火箭重复利用可以节约成本的80%,如果能重复利用二级火箭则能节约98%,因为燃料的成本基本上可以忽略不计。据埃隆·马斯克透露,制造“猎鹰9号”火箭的成本是6000万美元,而火箭燃料的成本仅为20万美元。如果火箭可重复发射,那么就和固定资产的投资一样,只需要支付维护成本,补充燃料就可以继续执行任务。显然,即使回收的“猎鹰9号”的检修维护成本达到上千万美元,其节省的费用也很可观,这对私营的航天企业来说,其利润就更有诱惑力了。


  在具体的发射使用上,因为火箭摆脱了“一次性”的角色,未来也将大幅缩减太空发射的花销,但究竟能降低多少呢?所以,现在的疑问是,“猎鹰9号”的翻修成本有多高?在多少次发射之后火箭就能彻底报废?每一次发射之后,火箭的翻修成本增加得有多高?不管结果最终如何,应该可以肯定的是,只要技术成熟,这个节约的数值一定不低。如果这项技术能够最终实现,就有可能迫使全球航天行业发生巨大的变革,更会催生一些中小国家和民营企业参与航天开发,也会刺激一些国家发展更为雄心勃勃的深空探测计划。

只限于民用而不适宜于军用
从人类航天发展的未来模式可以判断,重复使用将是未来运载火箭发展的必然趋势,无论在商业上还是在军事上都有巨大的价值。“猎鹰9号”的成功回收,使很多人都为人类航天的这次进步欢欣鼓舞,同时他们也都很关心:由于回收火箭的巨大好处,除了美国之外,欧洲、日本甚至印度都在对相关技术进行预研。那么,中国开展火箭回收技术研究了吗?其实,中国也一直致力于这项技术的探索,并且也早已开展了相关研究工作。

  大家知道,目前已知的火箭回收方式一般有3种:降落伞式、垂直降落式以及给火箭安装“翅膀”的方式。SpaceX公司采用的是第二种,也就是垂直降落回收的方式。中国于11月底刚刚完成的运载火箭子级回收群伞空投试验,则采用第一种降落伞式回收。这可能是当前最简洁的火箭回收方式,因为第一级火箭完成推进任务被分离后,并未出大气层,因而回收的可能性最大。预计未来,中国在火箭的第一级回收试验中还将增加“返航”设计,也即采用第三种方式,通过携带供自身返回的燃料,自主飞回预定区域,以备重复利用。


  但上述应用基本上均为民用,那么火箭回收在军事上用途如何呢?从理论上说,火箭回收既然能降低火箭的发射成本,那就一定能同样降低导弹的发射成本,但从现实来看却很难适用于导弹。这又是为什么呢?主要原因是火箭回收容易暴露导弹的发射地点,容易遭致敌方的报复性的打击,因为各国在军事上保密最严的就是导弹隐蔽发射,而火箭回收最大的不足就是可直接暴露发射地点。而且,军用发射一般的窗口期要求特殊,为了保密的原因又往往选择特殊的飞行路径,所以发射场往往选择在偏远地区,所以回收的难度将相当大。而对于有些国土面积狭小的国家来说,一般火箭发射不久就飞出了国境,根本无法保证能够第一时间赶到火箭的回收地点,如果被其他国家弄走了会造成重大泄密和损失。因此来看,研究和实验性的导弹发射可以使用回收技术,但真正的实战时的导弹发射是不能用的,否则真打起仗来很可能会遭遇灭顶之灾,而那些采用机动式发射的导弹就根本不能考虑了。综合以上分析基本可以认为,火箭回收的技术,应该是属于民用航天和实验性的军事导弹发射的应用范围比较广一些,而在实战条件下的军事运用上则可能性不大。 (撰于2016.01.08) 欢迎关注 军评陈光文 微信公众号

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