中国专家解读猎鹰9号回收难点 难在控制火箭姿态-中新网
中国专家解读猎鹰9号回收难点 难在控制火箭姿态
美海军出动军舰回收猎户座飞船
　　美国太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰9号”火箭10日进行了2015年世界航天的首次发射。此次发射有两大任务：一是把第5艘载货型“龙”飞船送入太空，为国际空间站运送补给物资；二是首次试验回收“猎鹰9号”火箭的第一级。结果，第一项任务顺利完成，但第二项任务功败垂成，火箭的第一级虽然垂直降落在预先准备的海上浮动平台上，但没能软着陆，火箭和平台全都损毁。
　　据权威专家介绍，目前火箭回收技术有4种方案：第一种是降落伞垂直下降方案，第二种是动力反推垂直下降方案，第三种是无动力滑翔飞行水平降落方案，第四种是有动力滑翔水平降落方案。美国“猎鹰9号”火箭采用的是第二种方案。
　　海上回收火箭第一级有几大难点，这次失败问题可能又出在哪儿呢？中国航天专家庞之浩认为，首先难在控制火箭姿态。要使细长的箭体垂直精确着陆在指定地点很难。在返回过程中，第一级火箭是通过箭上的液氮推力器来调整姿态的，以应对气动扭矩和旋转的影响，使其几乎没有任何滚转，在降落过程中一直与地面保持垂直状态。有人形容其难度犹如“在狂风中让扫帚柄直立于手掌上”。另外，箭体上还有4个可展开的侧翼，它用于通过卫星制导来协助控制火箭朝平台降落，使其最终落地的精度在10米以内。1月10日“猎鹰9号”第一级的落点相当准确。
　　第二大难点是火箭发动机要具有推力可调和多次启动的功能来实现软着陆。“猎鹰9号”是通过部分主发动机的2次点火来减速的。在火箭主发动机的控制软件中设置了矢量推力点，它能控制火箭的下落速度。第一级与第二级火箭分离后第一级要2次重新启动火箭部分主发动机，以制动减速。第一次重启旨在降低第一级的降落速度，使其能够降落到距离卡纳维拉尔角数百公里的海面；当第一级火箭快要落入大西洋时，再重启它的另一台发动机，以进一步减速。最终要使火箭的速度由初始的1300米/秒减到2米/秒。另外，在第一级接近海上浮动回收平台前，安装在第一级底部的4个着陆支架要打开，它带有液压减震器，可进一步减少垂直着陆时的巨大冲击，从而在回收平台上软着陆。庞之浩认为，10日的回落过程中，“猎鹰9号”很可能没有控制好速度，导致其撞击回收平台。
　　火箭回收技术难度这么大，美国公司为何还要投入这么多精力进行试验呢？庞之浩认为，这是由于这项技术一旦成功将给航天带来质的改变，而且其中蕴含着巨大的商业价值。航天发射成本一直居高不下，送1公斤物质上天的成本在1万~2万美元，重要原因就是发射航天器的运载火箭是一次性使用的。如果运载火箭可以重复使用，就可以大大降低成本，使人类的航天活动产生质的飞跃。就拿“猎鹰9号”火箭来说，其总造价约为5000万美元，而其推进剂的成本只有20万美元。所以如果能回收并重复使用第一级，可节省资金80%；如果第二级也能回收并重复使用，发射成本将降至目前的1%。发射费用降低意味着可以设计比现在便宜得多的卫星，而不必再花费大量资金来确保其拥有很长的寿命，因为发射费用很便宜，如果卫星坏了，再发射一颗填补空缺便是。
　　庞之浩认为，从长远看，可重复使用的火箭还能使人类探访甚至移居其他星球的梦想成真。现在载人航天最大的一个瓶颈就是成本太高，限制了进入太空的人数。如果可重复使用航天技术取得实用性进展，未来会大大加速人类进入太空的步伐。(环球时报特约记者 士 元)
【编辑:刘艳】
>军事新闻精选：
直隶巴人的原贴：我国实施高温补贴政策已有年头了，但是多地标准已数年未涨，高温津贴落实遭遇尴尬。
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原来，“猎鹰九号”成功回收一级火箭，藏了那么多技术突破
11:43 来源：澎湃新闻
北京时间日凌晨，猎鹰九号实现海上平台成功回收。美国东部时间日下午4时43分（北京时间9日早晨4时43分），空间探索技术公司（SpaceX）的“猎鹰-9FT”运载火箭于卡纳维拉尔角空军基地发射升空，约10分钟后飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。起飞约9分钟后，火箭一子级准降落在大西洋的一条驳船上（海上回收平台），人类历史上首次在海上实现火箭回收。“猎鹰-9FT”火箭一子级海上成功回收三方面价值价值一：艾伦·马斯克火星移民梦想走出关键性一步日“猎鹰9-FT”火箭一子级海上回收成功，这些技术突破都是艾伦·马斯克梦想火星移民蓝图第二步的关键环节。空间探索公司作为马斯克个人梦想实现的载体，以火星移民为终极目标制定了三步走计划：第一步，解决进入空间工具有无（猎鹰1/1e）；第二步，降低进入空间成本，引领航天发射商业化，积累技术和财富；第三步，移民火星。SpaceX的大计划：要在火星建立殖民地。  Daily Mail Online 图降低进入空间成本必须实现运输工具重复使用，回收成功使得马斯克梦想距离实现更加近了。价值二：火箭实现重复使用迈出历史性第二步日，“猎鹰9-FT”火箭一子级陆上回收成功，迈出火箭重复使用的第一步，本次海上成功回收则是迈出的第二步。两次成功回收的价值、环境条件及技术难度不同。陆上回收火箭运载能力损失在40%左右，也即只有近地发射任务可以执行火箭一子级回收策略；海上回收火箭运载能力损失20%，目前“猎鹰-9FT”执行GTO轨道5t以下发射任务都可执行回收策略，预计覆盖发射市场80%以上。价值三：航天发射产业化即将实现技术性突破一个行业发展需要三要素：商业驱动、技术突破和政策支持。航空业自1914年商业运营，1959年技术突破，1970年国家产业政策支持，目前已经形成2.2万亿美元（2014年）的巨型产业。航天发射一直以来是政府主导支撑的小型专用市场，特点是用户少，难以产生利润推动产业自生循环。航天发射产业化的瓶颈是技术突破和政府产业支持，目前技术突破已经看到曙光。“猎鹰-9FT”火箭一子级海上突破了三类技术为实现火箭一子级回收，空间探索公司已经走过三个阶段：第一，演示验证机验证技术可行性；第二，“猎鹰-9V1.1”火箭7次回收飞行验证；第三，“猎鹰-9FT”三次回收试验。三个阶段主要解决一子级再入返回的“控得住”、“瞄得准”和“落得稳”三类技术。第一：“控得住”技术“蚱蜢1”8次飞行、“蚱蜢2”5次飞行初步验证了大长细比箭体飞行稳定控制技术，不足是飞行高度、速度距离真实飞行环境差距巨大。2013年9月“猎鹰-9V1.1”首次发射验证一子级软着陆回收技术失败，原因是推进剂管理等多种因素耦合使得发动机提前关机，一子级姿态失稳空中解体。第二：“瞄得准”技术“猎鹰9-V1.1”共计飞行15次，其中7次开展了正式回收试验，其他8次飞行一子级验证了相关技术。为实现“瞄得准”，飞行时火箭一子级与平台实时交换数据，利用GPS数据及时调整飞行方向。在日“猎鹰-9V1.1”第四次飞行中，第一次实现了预定海面垂直软着陆，也即突破了“瞄得准”技术。第三：“落得稳”技术日，“猎鹰-9V1.1”执行空间站第五次补给任务，首次进行火箭一子级海上活动平台回收，因为栅格舵驱动液压油耗尽，火箭姿态失稳；日一子级回收失败；日火箭升空148s爆炸；日火箭一子级准确落在海上平台，但是着陆第三个支撑腿锁定失败导致箭体倾覆。也即“猎鹰-9V1.1”火箭开展德7次回收试验全部失败。日，全新“猎鹰-9FT”火箭陆上回收成功；3月4日该型火箭首次尝试海上回收失败，原因是发射SES-9卫星（质量5.33t）消耗了过多推进剂，返回减速制动不足。“猎鹰-9FT”火箭一子级海上回收三点启示第一：时代与个人梦想必须耦合空间探索公司所开展的“猎鹰-9”火箭回收都是由艾伦·马斯克个人梦想牵引，即不是纯粹国家战略（航天飞机），也不是单独产业推动。从空间探索、蓝源等新型公司发展看，时代发展、技术进步与个人梦想相耦合共振，方能激发引领新的方向。第二：新技术引领传统产业突破自1957年“卫星号”首次发射，航天发射业走过六十年。空间探索公司引领传统航天发射业突破，源于多领域新技术融合创新，如先进重复使用发动机技术、基于新型材料的轻质化箭体结构技术、在线自主规划与自适应控制技术、自主健康管理技术等。第三：不断测试改进是成功关键创新意味着技术风险，突破技术风险除了顶层理论指导，必须不断试验、试验、再试验。从猎鹰-1、猎鹰-1e、猎鹰-9V1.0、猎鹰-9V1.1、猎鹰-9FT到猎鹰-9重型，技术、产品不断改进，基本两年一个新型号，也即空间探索公司通过自我不断快速进化，走过传统航天发射企业多年走过的路。（作者为上海宇航系统工程研究所火箭专家。文章为作者独立观点，不代表主办机构立场。本文首发于微信公众号“三思派”，授权澎湃新闻转载）
责任编辑：梁佳澎湃新闻报料：9 & 澎湃新闻，未经授权不得转载
关键词 >> 猎鹰九号
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澎湃新闻APP下载美国猎鹰9号火箭回收 预示廉价商业航天时代来临？
美国民营航天公司SpaceX于近日成功回收了名为猎鹰9号的火箭。尽管这是人类第一次实现一级火箭可垂直回收，猎鹰9号也被冠以“创造历史”“戏剧性”等赞叹之词，人们甚至寄望这次回收能终结昂贵的航天发射，使普通人也可承受飞上太空的费用。然而，也有人认为这种火箭历经了高温摩擦等耗损，是否可重复利用还未可知，廉价航天时代仍然遥远。
1.将成熟技术发挥到极致
美国东部时间日20：29，在佛罗里达州，猎鹰9号火箭成功发射，飞行至预定高度，其尾部的一级火箭与前端分离，并在大约10分钟后返回并平稳降落在发射台以南9.65km处。前端则继续飞行至200km的高空，将11个通信卫星送入轨道。这是人类第一次实现一级火箭垂直回收。
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美国猎鹰9号火箭回收&预示廉价商业航天时代来临？
日10:47&&来源：
美国民营航天公司SpaceX于近日成功回收了名为猎鹰9号的火箭。尽管这是人类第一次实现一级火箭可垂直回收，猎鹰9号也被冠以“创造历史”“戏剧性”等赞叹之词，人们甚至寄望这次回收能终结昂贵的航天发射，使普通人也可承受飞上太空的费用。然而，也有人认为这种火箭历经了高温摩擦等耗损，是否可重复利用还未可知，廉价航天时代仍然遥远。
1.将成熟技术发挥到极致
美国东部时间日20：29，在佛罗里达州，猎鹰9号火箭成功发射，飞行至预定高度，其尾部的一级火箭与前端分离，并在大约10分钟后返回并平稳降落在发射台以南9.65km处。前端则继续飞行至200km的高空，将11个通信卫星送入轨道。这是人类第一次实现一级火箭垂直回收。
据《国际太空》杂志执行主编庞之浩分析，在航天领域，回收技术大致可分为4类，降落伞垂直下降式，有动力滑翔飞行式、无动力滑翔飞行式和动力反推垂直下降式。举例来说，神舟系列载人飞船降落时即采用降落伞式，俄罗斯的暴风雪号航天飞机采用有动力滑翔式，美国的航天飞机采用无动力滑翔式，而此次的猎鹰9号则采用了反推发动机式回收的方式，即利用火箭发动机产生的反向推动力，再借助姿态控制技术，推动火箭从高空返回地面。
通常情况下，火箭都是一次性使用的，发射后并不进行回收，火箭会坠入大海，下次发射需再造一枚火箭。但猎鹰9号成功回收在技术上确有惊艳之处。庞之浩认为，猎鹰9号回收的难点在于，将火箭这种形态细长的飞行器以垂直于地面的姿态成功回收。这原理类似于竖立铅笔、粉笔这类物体，平衡点是很难寻找的。火箭更要克服高空、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。”
实际上，猎鹰9号此次成功回收，在单项技术上并未有突破性创新。首先，其所使用的动力反推垂直下降回收方式并非首次使用。我国在2014年发射嫦娥3号月球探测器，落月时也启动了反推发动机，使之产生与飞行方向相反的动力来降低降落速度，从而实现安全落月。其次，猎鹰9号所使用的发动机也是美国当年阿波罗登月计划留下的“遗产”――梅林发动机，这种以液氧煤油为燃料的发动机技术在美国已经非常成熟，在多种型号的火箭上均有使用。另外猎鹰9号为了实现垂直回收形态细长的火箭，使用了栅格翼技术，这种技术常用于飞行器的姿态控制，我国的神舟系列飞船运载火箭逃逸器，俄SS-21战术弹道导弹和R77空空导弹都有所使用。
猎鹰9号可以说是用成熟航天工业技术制造而成，单个技术并无创新之处，但将成熟技术组合起来，将各部分性能发挥到极致，从而在无人曾涉足过的领域取得成功，这才是SpaceX公司此次回收猎鹰9号令人惊艳之处。
2.能否降低成本仍不确定
可以说回收并重复使用航天运载工具一直是人类的梦想，因为这是实现低成本大规模应用的希望所在。猎鹰9号此次成功实现回收，也有人称这将颠覆整个商业航天产业，认为如果火箭可以回收利用，之后每次发射将不需要重新建造昂贵复杂的火箭，SpaceX公司每次发射费用为6000万美元，实现火箭回收利用技术后，发射价格有望降低至每次600万美元，而如果SpaceX公司能够定期回收并重复利用火箭，就有可能迫使整个民营航天行业展开变革。甚至有人认为猎鹰9号火箭的制造成本为1600万美元，但燃油成本仅为20万美元，可重复利用后，去太空溜一圈，可能只要出个燃油费就成。
然而，在航天领域，回收并非新鲜事，但重复使用的却寥寥无几。据庞之浩介绍，美俄的航天飞机、各国的载人飞行器、返回式卫星都是可回收航天器，其中，美国的航天飞机共发射135架次，成功回收133架次；我国的“神舟”系列载人飞船发射10艘，10艘均成功回收；我国也曾发射23颗返回式卫星，成功回收22颗。
但除了美国的航天飞机以外，其他并未重复使用。美国的航天飞机可谓可回收并重复使用的杰出航天器，但重复使用的经济代价太过高昂，返回准备下一次任务的检修价格几乎能赶上再造一架的价格，其安全性还因导致14名航天员丧生的两次重大事故而遭到质疑，因而并未达到重复使用所期望的效果。可见，仅回收并不能降低成本，安全高效的重复利用，才是降低成本的关键。
猎鹰9号此次虽然实现了回收，但能不能安全高效地重复利用，并真正降低成本却是一个疑问。实际上，火箭在发射、进入大气层和着陆过程中都会受到巨大的震动，此前就有猎鹰火箭在回收落地时因震动爆炸的情况发生，而穿越大气层时还会因摩擦而发生高温烧灼，如此一来，火箭内部会受到何种影响，整修需要多久的时间，需要多少经费，如今还不得而知。对此，美国专家也心存疑虑，
据航天知名专家黄志澄介绍，尽管美国国家航空航天局前局长麦克?格里芬盛赞猎鹰9号，称其为“这是奇妙的飞行试验，这是重要的第一步。”但同时也表示，“回收后还要检查猎鹰9号经受飞行考验后的能力，并需经过复飞合格验收测试来验证和获得复飞的信心。”美国航天史学家、乔治?华盛顿大学航天政策研究所的创始人约翰?劳格斯登也指出：“可重复性并降低成本的关键，将是快速的周转时间和低廉的整修费用，而这将取决于回收级在发射、进入大气层和着陆过程中受到何种影响。成功着陆非常重要，但还要看猎鹰9号需要什么样的整修才能重新发射，而能不能恢复并重新发射是一个大问题。”显然，有了美国航天飞机的前车之鉴，专家们对于能否复飞，仍然态度谨慎，人们热切期盼的廉价航天时代，是否能很快到来，仍有待验证。
3.商业资本进军航天领域的杰作
暂且不论猎鹰9号回收后能否重复利用，从而将发射成本降低至前所未有的程度。即便不回收利用，猎鹰9号目前单次发射费用5000万―6000万美元的发射费用已极大地降低了低空轨道的发射费用。
同时，中国科学院国家空间科学中心研究员周炳红认为，猎鹰9号的创新之处还在于独到的载荷分布。周炳红表示，猎鹰9号二级火箭发动机只占到结构重量的3.8%，较其他火箭少许多，这意味着更轻的自重，从而可以运载更重的航天器。另外，同等载荷下，猎鹰9号使用的发动机数量少，火箭整体结构简单，这有利于火箭制造实现“极致的模块化”，也会降低火箭的制造成本。
除了经济方面的考虑，猎鹰9号此次回收还有另外一个重要目的，那就是为美国探测火星进行技术探索和储备。这一点，麦克?格里芬一语中的，他说：“从纯技术的角度看，猎鹰9号一级火箭成功重返大气层和动力落地，已经是突破性成就，它演示了超音速逆向推进，即在超音速飞行中重新启动发动机，并使用它飞回来，这对未来大而重的载荷在火星上着陆是非常重要的。”
无论如何，SpaceX公司的成功是商业资本在航天领域运用的杰出成就，这种成功与美国的航天战略调整密不可分。2010年，美国对在月球建立基地，进而探测火星的“星座计划”进行调整，提出了“21世纪太空探索战略”，其目标是进行“月球以远”的载人深空探索，计划在2025年实现小行星载人探索任务，在21世纪30年代中期实现进入火星轨道的载人飞行，而后进行载人登录火星。可以看出，美国已将航天探测的重点转移至更远的太空。黄志澄认为，这一方面是因为掌握近地轨道技术的国家日渐增多，美国优势已不明显，需要寻找新的技术制高点，另一方面，在近地轨道领域，尽管不想放弃已有的空间站等设施，但高昂的维护经费使得美国不堪重负，寻求更加经济可行的方式迫在眉睫。
对此，尽管美国国家航空航天局无计可施，但民营资本却雄心勃勃。 SpaceX公司创始人艾伦?马斯克推出的“廉价航天”理念，直击航天领域成本高昂这一痛点，同时，他提出的太空旅游等运作方式，使得单纯依赖政府经费支持的航天项目，有可能实现商业化运营，从而减轻政府的财政负担。从美国政府的角度来说，既然低空轨道已不是美国航天计划的重点，何不将其转移给民营资本运营，从而既可对该领域持续占领，又可集中精力、经费开展“月球以远”的深空探测项目。这也是SpaceX公司既可获得美国政府经费支持，又可从美国国家航空航天局获得技术支持，在航天领域得以异军突起的原因。
（本报记者詹媛，本文根据远望智库、《国际太空》杂志、《军事文摘》杂志、战略前沿技术公众号等联合主办的远望论坛专家发言采写。）
《光明日报》（ 日 07版）
(责编：杨文全、张玉珂)