在美國停止從本土進行載人航天 9 年后，SpaceX 公司于 5 月 30 日從佛羅里達州肯尼迪航天中心的 39A 發(fā)射平臺向國際空間站成功運送了兩名宇航員。經(jīng)過 19 小時小時的飛行，龍飛船與空間站準確對接。未來，隨著火箭回收和重用技術(shù)的成熟和商業(yè)競爭的加劇，發(fā)射成本有可能會使快速下降。更多太空技術(shù)將會在很多方面服務(wù)人類。

從 2011 年向公眾宣布他們的可回收火箭發(fā)展計劃開始，SpaceX 公司花費了約四年時間才在 2015 年實現(xiàn)了一級火箭軟著陸。之后又經(jīng)歷了兩年時間的實驗，他們著陸成功率才顯著上升。在接近 5 年的著陸實驗中，他們不斷的應(yīng)用了更多新技術(shù)，也積累了豐富的經(jīng)驗。迄今為止，他們成功完成了 53 次一級火箭軟著陸，進行了 36 次二手火箭發(fā)射。他們最快速的一次火箭回收翻新并投入第二次發(fā)射只需要不到 63 天。現(xiàn)在被翻新次數(shù)最多的兩枚火箭 B1048 和 B1049 分別被發(fā)射了 5 次。那么 SpaceX 是如何做到回收火箭的？被回收的火箭能夠被重用多少次？未來還會有哪些技術(shù)進步呢？

為了能夠達到重用火箭的目的，SpaceX 公司必須要能夠在發(fā)射任務(wù)完成后能將一級火箭準確導(dǎo)航至預(yù)定場地，然后成功降落回收。他們先在 “蚱蜢”火箭上開發(fā)低空環(huán)境下的垂直起降技術(shù)。這種被命名為 “蚱蜢”的小型火箭裝配有和獵鷹 9 號一樣的梅林發(fā)動機。通過矢量推力和油門控制技術(shù)，它可以躥升至一定高度，在空中懸停，并精確降落至另一地點。如果垂直起降技術(shù)能夠獲得成功，就可以避免使用傘降技術(shù)，然后再從海中打撈火箭的窘境。在 2013 年 10 月的最后一次測試中，“蚱蜢”火箭從 740 米的高空安全降落。在掌握這一技術(shù)后，SpaceX 在 2013 年至 2015 年的多次獵鷹 9 號發(fā)射任務(wù)中進行了應(yīng)用。遺憾的是，早期的導(dǎo)航誤差達到 10 公里，完全無法達到回收的目的。但是他們在不斷的失敗中收集了大量數(shù)據(jù)，逐步把誤差縮小到僅僅 10 米。直到 2015 年 12 月 22 日的一次 11 顆衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)中，他們才最終成功讓火箭軟著陸。

在實現(xiàn)火箭回收任務(wù)的過程中，SpaceX 應(yīng)用了很多項重要技術(shù)，對原有設(shè)計不斷改進。他們在火箭尾部噴嘴上應(yīng)用了矢量推力技術(shù)。這項技術(shù)在很多軍用飛機上也有應(yīng)用。通過控制尾部火焰的噴射方向來改變火箭的飛行方向和姿態(tài)。與傳統(tǒng)火箭不同的是，可回收火箭的發(fā)動機把二級火箭送入太空之后，在返回著陸場的過程中需要再點火兩次來實現(xiàn)動力減速。所以梅林發(fā)動機必須要在高空和超音速的狀態(tài)下具備二次點火功能。2015 年開始，獵鷹 9 號火箭在原有基礎(chǔ)上增加了頂端的四個可折疊柵格翼。這些柵格翼在 50 年代由蘇聯(lián)導(dǎo)彈專家發(fā)明，具備氣動控制能力。它們在發(fā)射過程中保持折疊，在下降過程中，它們會自動打開，通過偏轉(zhuǎn)方向來精確控制火箭返回時的飛行軌跡。

為了讓發(fā)射成本下降，獵鷹 9 號火箭必須要能夠縮短其翻新周期，讓它在短時間內(nèi)恢復(fù)發(fā)射狀態(tài)。在 2018 年 5 月 11 日孟加拉國通訊衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)中，他們使用了最新的 Block 5 型獵鷹 9 號火箭。這種火箭對已有型號進行了比較重要的幾項改進。原來的鋁合金柵格翼被更換為鈦合金材料。這樣可以抵御重入大氣層產(chǎn)生的高溫，避免回收之后還要重新更換。比較容易在返回過程中遭受損傷的部件，如發(fā)動機隔熱罩和著陸支撐架也使用了新的設(shè)計。業(yè)界普遍認為，這次改進讓發(fā)射成本下降到只有之前的十分之一。但即使這樣，也只是讓翻新周期從之前的 356 天下降到 107 天。已經(jīng)退役的航天飛機曾經(jīng)只需要 55 天的翻新周期就可以投入第二次發(fā)射任務(wù)。由于 1986 年挑戰(zhàn)者號的失事，美國宇航局對航天飛機的翻新工作增加了很多新的規(guī)定。之后完成一次翻新仍然只需要不到 100 天，但是需要宇航局約 9000 名工作人員的參與。這也就決定了航天飛機的發(fā)生成本遠遠高于傳統(tǒng)火箭和現(xiàn)在的可回收火箭。

在獵鷹 9 號被成功回收之后，SpaceX 需要把它運送回自己的廠房進行檢測和翻新。火箭先被從著陸場裝載到拖車上，送回公司廠房。在那里著陸支架會被人工方式取下，然后開始進行翻新工作。9 臺梅林發(fā)動機會被嚴格檢測，確保它能夠在下一次飛行中正常工作。按照馬斯克的介紹，梅林發(fā)動機未來將會達到不需要大修就可以安全飛行 1000 次的目標。燃料箱和壓力容器要進行超聲波檢測，確保上一次飛行沒有導(dǎo)致它們產(chǎn)生損傷。如果這些部件存在裂縫，將會在下一次加注燃料的過程中產(chǎn)生泄漏。在所有翻新工作都已經(jīng)完成之后，這枚二手火箭會被運送到發(fā)射臺。宇航局還會再進行一次靜態(tài)點火實驗，確保所有發(fā)動機能夠正常工作。如果一切正常，有效載荷才會被裝載到火箭頂部，為下一次發(fā)射做好準備。由于火箭翻新還是一個未知領(lǐng)域，他們需要通過每一次的發(fā)射任務(wù)來完善工序。

現(xiàn)在，SpaceX 希望進一步簡化火箭的翻新工作。雖然獵鷹 9 號理論上可以執(zhí)行 100 次發(fā)射任務(wù)，但是公司在目前只打算讓它們最多飛行 30 次，之后就會被銷毀。未來，他們希望能夠擁有 20 枚火箭的庫存；然后讓火箭變得像普通飛機一樣，只要經(jīng)過簡單的檢測就可以在 24 小時內(nèi)迅速投入第二次飛行。

在 6 月 8 日給所有員工的信中，馬斯克認為公司的首要任務(wù)是加快星際飛船（Starship）的研發(fā)工作。按照設(shè)計，星際飛船將會是完全可重用的。它將被主要用于月球和火星登陸的發(fā)射任務(wù)。他們正在德州的 Boca Chica 開發(fā)其原型機，并且已經(jīng)經(jīng)歷了四次重大挫折，計劃在 2021 年能夠開啟星際飛船的首次商業(yè)飛行。如果這些目標都能實現(xiàn)，星際飛船還可以被用于在地球上的快速旅行。它將可以使人們能夠在一個小時之內(nèi)達到地球上的任何地點。

雖然人類在征服太空的道路上還存在很多技術(shù)障礙，但是近幾年人們熱情已經(jīng)達到了阿波羅登月以來的高峰。SpaceX 的歷史性的壯舉不但意味著可回收火箭在經(jīng)濟性和安全性上全面超越了航天飛機和之前的土星 5 號火箭，也代表著美國開始更多用私人公司承接以前由政府部門主導(dǎo)的宇宙探索任務(wù)，運用市場的力量來推動科技研發(fā)將會是以后太空開發(fā)的發(fā)展方向。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的科普：SpaceX 是如何做到重用火箭的？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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