吊打SpaceX?马斯克投亿万的回收技术,被中国航天一根钢丝绳超越( 二 )



猎鹰9号的一级火箭栅格空气舵当然还有着陆机构 , SpaceX用的是一个展开4条腿的着陆系统 , 最后则是重复点火的发动机 , 而且推力必须可控 , 毕竟与起飞时相比 , 回收时完全不需要那么大的推力 , 否则又飞上天去了 。

SpaceX最早测试的版本被称为蚱蜢火箭 , 这个亚轨道版本专门用来测试回收技术 , 到2013 年10月7日进行了第八次也是最后一次试飞后退役 , 而新的第二代蚱蜢测试早在2012年10月就开始了 , 到2013年3月时 , SpaceX已经打算用更大的Falcon 9 v1.1第一级进行测试 。

Falcon 9 v1.1的着陆机构处在折叠状态之后这个垂直着陆系统进行了大量测试 , 2015年12月22日 , 猎鹰9第20次飞行中 , 一级火箭成功回收 , 标志着火箭回收时代真正开始 。 之后SpaceX还试图降落在海面浮动平台上 , 这是因为一级火箭分离时已经远离发射场 , 甚至远离陆地 , 因此在海上平台降落无疑可以节省大量燃料 。

但比较可惜的是在浮动平台上降落 , 失败的概率很高 , 首先是因为浮动平台本身不平稳 , 另一个则是海上横风过大 , 其实陆地上也有类似的问题 , 只是陆地平台地面是平稳的 , 但横风以及着陆时弹起问题仍存在问题 。

不过陆地回收成功率更高 , 而且SpaceX的回收成功率相当不错 , 比如在2020年将两名宇航员送往空间站的发动机已经回收使用了5次 , 是单枚火箭中回收使用率最高的 。 2016年时8个助推器中的有5个回收成功(63%) , 2017 年回收了14个全部成功(100%) , 2018年的成功率是83% 。

到目前为止猎鹰9火箭的第一级助推器在117次中有106次成功着陆(90.6%) , 猎鹰9 Block 5版本的 87 次中有 82 次成功着陆(94.3%) , 这个成功率是相当可以了 , 尽管仍然存在回收失败的问题 , 但无疑这个失败率是可以接受的 。

中国航天的回收方案更优秀?
我国最新提出的方案中与SpaceX的回收方案相比 , 没有所谓“蚱蜢火箭”的那种四条着陆腿 , 但多了一个比较复杂的着陆回收机构 , 哪个具有优势?

SpaceX的回收方式需要在每枚回收的火箭上安装一套着陆结构 , 成本就是N倍 , 中国的着陆回收方案只需要建设一次 , 当然第一次会成本会比较高 , 而且着陆爆炸可能会毁损回收场 , SpaceX的回收场差不多和一块耐高温的场地 , 成本相对比较低 。

另外这个回收场在海上也同样具有优势 , 即使船舶在海浪作用下存在位移或者摆动也没问题 , 因为这个机构不怕着陆后晃动 , 这一点比蚱蜢的四条腿着陆要有优势得多 , 因此还能前出布置 , 回收率与燃料成本的下降都将达到一个新的高度(在火箭分离位置的海面回收可以降低回收燃料加注量)

不过在回收下降时的方向轨迹控制、发动机推力控制是一样的 , 并没有差别 , 这一点上估计想更换方式也很难 , 毕竟用降落伞对于落点控制太难了 , 不太现实 。
液氧与甲烷的重型火箭 , 真的抄袭了马斯克的“星舰”?另一个可重复使用的火箭方案则被大家骂惨了 , 因为这是新的空地可回收并且带翼的运输系统中有如下一幅图:

相信各位是发现了一个问题 , 这个方案不只是SpaceX星舰的翻版 , 而是一模一样!并且用的燃料也是低成本两级甲烷-液氧火箭发动机 , 这让大家找到了点!各位读者稍安勿躁 , 下文简单分析下这里的两个问题:
用甲烷-液氧燃料算不算抄袭?
估计这应该不算 , 毕竟发动机燃料选择还是非常有限的 , 比如偏二甲肼和四氧化二氮大家都不咋用了 , 液氧-煤油大家都在用 , 液氧-液氢也是典型的燃料 , 甲烷-液氧当然可以用了 , 但为什么要用甲烷-液氧发动机呢?

一个问题 , 结焦!液氧-煤油的性价比第一 , 但煤油这种燃料燃烧时容易积碳结焦 , 美国一直都无法解决 , 最后发现前苏联的解决办法是使用巴库油田出产的上等石油 , 这让美国郁闷万分 。 液氢液氧比冲最高 , 并且不存在比冲问题 , 但发动机设计难度太大 , 而且液氢燃料箱难度也高 , 火箭体积很大 , 造价也更高 。

尽管精炼煤油可以解决一部分结焦问题 , 但碳链长是其无法解决的问题 , 所以甲烷出现了 , 甲烷的分子式是CH4 , 最简单的有机物 , 也是含碳量最小(含氢量最大)的烃 , 所以它的燃烧不容易积碳 , 几乎没有结焦 , 而且比热高、相容性好、无毒无污染、相对比较安全、资源丰富、价格相对便宜 。

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