低成本太空运输时代或从此开启
人类历史上首次海上火箭回收实现,意味着火箭回收除陆地外,又多了一个新的选择,低成本太空运输时代或从此开启。SpaceX创始人埃隆·马斯克表示,这是该公司探索火箭可重复利用技术的一个重要里程碑,是人类迈进宇宙的一大步,莫非NASA将拥有火星航班?
海上火箭回收
上周五降落在驳船上的火箭助推器将会运回港口,并在陆地上测试。倘若一切顺利,它最早将在6月再次飞向太空。马斯克预计,SpaceX今年下半年将每过2周至3周都进行一次火箭发射和回收作业。
SpaceX官方网站的信息显示,“猎鹰9号”的发射成本为6120万美元。老牌企业在几年内都无法媲美SpaceX的发射成本。ULA的Atlas V一次性火箭两年前的发射成本为1.8亿美元,虽然已经成功压缩了三分之一,但最快到2019年才能降至1亿美元以下。
NASA早在2011年就已经停止了有着30年历史的航天飞机项目,他们目前正在与私有企业合作运输货物和人员。SpaceX的“龙号”太空舱运载着7000磅货物,于上周日早间到达了阿尔及利亚上空的国际空间站轨道。“龙号”太空舱计划于5月11日重返地球,并降落在太平洋。
NASA等政府部门只是SpaceX等民营企业瞄准的三大目标客户之一。卫星企业也需要使用火箭来向地球轨道发射通讯卫星,而规模高达700亿美元的国防市场同样蕴含着巨大机遇。SpaceX希望与美国空军签订GPS卫星的发射合同。
缩短供应链
由于SpaceX跳出了传统的航天采购系统之外,不必依赖大量的承包商和分包商,使之具备了更多优势。传统航天公司拥有极长的供应链,整个过程中的测试、记录和采购流程都会推升成本。SpaceX不仅开发了“猎鹰9号”火箭,还自行设计了这枚火箭使用的Merlin引擎。咨询公司Alix Partners在最近发布的研报中表示,在设计、制造和原型测试之间实现紧凑的循环是硅谷的典型做法。
“SpaceX自行设计引擎有着巨大意义。”Alix Partners航天分析师大卫·威尔曼(David Wireman)说,“引擎在任何火箭中都占据很高比例的成本,SpaceX打破了这种供应链模式。”
航天行业会议的与会者多数都是穿着灰色套装的中年男子,在这样的场合中,很容易辨别出SpaceX的员工,因为他们的夹克上都配有该公司的logo,而且外表都很年轻。SpaceX约有5000名员工,工程师的平均年龄只有32岁。
卢森堡的SES于2013年首次与SpaceX签订火箭合同,他们还在2017年前与之签订了另外4份合同。与其他卫星客户一样,SES很看好SpaceX的设想,希望能实现低成本、快节奏的发射模式。
其实操作原理也不难理解,在第一级与第二级分离后,第一级火箭仍然保留部分燃料,并且控制第一级火箭的计算机继续工作。
按着预先设计的降落轨迹,一二级火箭实行分离后,实现第一级火箭再点火。由于第一级火箭的发动机以及伺服系统都在喷口附近,加上设计的着陆支架,因此在再点火前的自由落体过程中,火箭重的一端也就是喷口在下方,箭体一般不会产生翻滚、摇摆。
与之前的向前推力不同,再次点火后,燃烧产生的推力主要是反方向克服重力,并且调整运动的方向、位置。技术最难的是对燃料燃烧产生推力的控制,要使得箭体从很高的下坠速度,逐渐减小到每秒只有两米的缓慢速度,并且垂直地平稳落到只有足球场大小的无人船上。(其实最后阶段降落原理与喷气式飞机的垂直降落原理差不多。)
“猎鹰9”号第一级火箭在回收过程中,据说要经历几次停火、再点火,就是让火箭既能够利用重力下坠以节省燃料,同时又使得每次点火都可以有效控制下坠速度、调整下落位置,最后安全降落。
这种技术,对于人类实现星箭一体的理想,是至为关键的一步。
“Space与其他公司的根本差异在于,他们有一项使命,而这个使命就是飞向火星。”SES CTO马汀·哈利维尔(Martin Halliwel)接受采访时说,“这在业内的确非常独特。马斯克和该公司的每一个人都能感受到这份实实在在的激情。”
成本低廉的秘诀在于,SpaceX 自己完成了 80~90% 的火箭制造工作。这些制造大部分都在霍桑火箭路 1 号的工厂完成。工厂车间占地 55 万平方英尺,主打灰白色调,极富科幻气息,入口悬挂着曾为国际空间站运输补给的飞船「龙」,舱室侧面还留有黑色的烧痕。
SpaceX 花了 4 年时间设计「龙」,这可能是航空史上同类项目中完成速度最快的。SpaceX 通过和 NASA 的协议,获得了 PICA 隔热材料的生产工艺,并改进工艺使其成本更为低廉。「龙」的总成本只有 3 亿美元,其他公司的飞船项目成本都比它高 10~30 倍。
起初,马斯克不愿意谈论 SpaceX 的上市,在一封给全体员工的邮件中,他谈到,员工会为股票价格涨跌而分心,从而影响产品开发。但当「猎鹰 9 号」多次完成运载任务,马斯克告诉投资者:「一旦我们拥有飞向火星的定期航班,SpaceX 就将上市。」