『壹』 SpaceX公司火箭回收技術是什麼原理
火箭採取了垂直回收的方式,降落過程中逐漸導航至下降通道,最後落地前火箭發動機將相對速度降為接近0的狀態,採取四個支架平穩著陸。
在回收視頻中可以看到,現場由於火箭噴射氣流產生了巨大的音爆,所有人剛開始都認為閃光中的火箭回收失敗了,但後來火焰熄滅看到火箭平穩立住的那一刻,全場爆發了無盡的歡呼聲。觀看視頻時看到那些現場觀眾瘋狂的表情,讓人真正發自內心為他們對人類航天事業的巨大貢獻而自豪,這一天,一個新的時代,向我們張開了大門!
(回收時落地的畫面,來自SpaceX官網)
火箭回收的意義到底是什麼?
是否能真正降低成本,值得商榷和進一步觀察:
a、為了回收,要增加額外的各種控制和導航空間,導致火箭的設計難度大大提高;
b、火箭為了保全,需要留下不少燃料作為後續的「剎車」減速。這對整個推進系統的設計尤其是燃料推送系統的要求極高,要增加很多冗餘設計,風險較大;
c、火箭發射一個重要指標就是推重比,相當於有效載荷(衛星或飛船)所佔比例越高越好,但如果考慮回收,相當於額外的一些燃料和系統設計會佔掉有效載荷的空間,導致發射效率降低。或者是為了達到同樣的發射能力,需要更大的火箭設計;
d、類似太空梭,回收過後的維護尤其對一級發動機的維護,恐怕成本不亞於直接換一個新的;
e、節約成本從本質上講是當發射頻率達到一定數量之後才有意義,比如歐洲,一年恐怕就發射個位數的火箭,就算用可回收火箭,使用頻率不夠,也會使運營與維護成本占火箭發射總費用的比例極大增加。
從這些方面說,在目前這個技術程度和航天發射需求下,SpaceX的火箭回收技術難以很大程度節約成本,或者只是成本略微降低而已。
但這畢竟是人類航天史上一次劃時代的成功,意義遠遠不止火箭成功回收這一技術上的勝利。SpaceX和之前藍色起源的成功,讓世間第一次意識到航天不再是一種遙不可及的領域。
這個意義就好比,當初歐洲人航海,最早都是舉全國之力,送出兩三艘船,百年之內便發現了美洲、環遊了全世界。但突然間,人類發現航海技術不再遙不可及,造船公司、航運公司成為了現實,人們可以買票做出一百多年前開拓者做出的創舉。五月花號上的人,坐在船上,已然沒有了當時開拓者們害怕的那種心境,他們只是買了在正常不過的船票,航海已經成為人類開拓新世界的工具,不再神秘。
航天亦是如此,剛發展了不過70年時間,如今已經從國之重器、國之大業,慢慢走向了商業化、產業化,一個私人公司竟然能實現如此不可思議的成就,未來的航天將會更加普及,成本將會更加低廉,可靠性將會更加令人信服。航海用幾百年普及下來,航天可能100年內即可實現,未來這些商業公司的航天,將會成為人類進入太空開發太空的一艘艘「五月花」號。這種意義上的貢獻,是要遠遠超過SpaceX做出的任何一個產品的。
『貳』 spacex為什麼海上回收火箭
SpaceX是迫於無奈。由於發射場的地理位置在美國東部海岸,大部分運載火箭都需要從東部海岸向東發射,運載火箭各子級在完成使命並分離後,由於慣性會繼續向前向上運動,最終會落到距離發射點很遠的大西洋(7.130, -0.18, -2.46%)某處。因此,最節省推進劑的回收方式就是將回收平台搭建在火箭子級的自然落點附近。
在陸上回收中,一級火箭的飛行軌跡截然不同。「獵鷹9號」那次成功回收中,火箭是從佛羅里達州卡納維拉爾角的40號發射場升空,當一級火箭與二級火箭分離後,進行了一系列翻轉和機動,最後返回了佛羅里達海岸的航天中心,與發射台相距不到10公里。
顯然,由於陸上回收的路徑太長了,一級火箭的陸上回收,需要耗費大量燃料,從而增加成本。只有當運載火箭所承載的載荷比其最大運載能力小很多時,一級火箭中剩餘的推進劑又足夠多,才可以在一級火箭分離後使用較多的推進劑改變其速度和方向,從而能夠返回發射場附近,採用陸地回收。
陸上回收要考慮更多的地面因素,尤其是著陸失敗可能給著陸區域造成的損害。因此,陸上回收需要事先取得美國聯邦航空管理局和美國空軍的批准。
SpaceX副總裁萊·羅森(Lee Rosen)曾經提出,在美國得克薩斯州建立發射場的想法,這樣就可以在佛羅里達州陸地上回收火箭。然而,這一方案面臨著不利因素。佛羅里達州由於人口稠密,且南北方向長度有限,不是理想的降落地點,不能滿足發射場對多射向的基本要求,而只能滿足特定的發射任務;對於一些高傾角的發射任務,一級火箭的自然落地點就會超出佛羅里達范圍,又要掉到海里去了。
『叄』 spacex火箭回收到底值不值得
重復使用能夠進一步降低該公司獵鷹9號運載火箭的發射成本。盡管目前,SpaceX的發回射成本答已經是許多競爭者發射成本的幾分之一了
為什麼要回收火箭?
我們都知道,居高不下的發射成本,是制約航天工業發展的重要因素。那麼,有沒有辦法大幅降低成本呢?完整回收火箭並再次利用是個好辦法。
其實一枚火箭的成本,燃料僅占很小一部分。火箭的導航控制系統、燃料儲箱和火箭發動機等部分才是絕對的大頭。如果一枚火箭可以重復使用,那麼就可以大大降低發射成本。
太空探索技術公司CEO艾倫•馬斯克(Elon•musk)曾表示,製造能夠重復使用的火箭,才是人類航天的未來。以這次發射使用的「獵鷹9」號火箭為例,火箭成本5000萬美元,其中燃料費用僅有20萬美元。
此前,他們研製了「蚱蜢」垂直起降試驗飛行器,為火箭定點垂直著陸進行了試驗。後來,又改裝了「獵鷹9」號火箭的第一級進行垂直起降試驗。
『肆』 SpaceX利用火箭一級回收技術名聲大噪,那他的火箭回收技術已經到達了什麼水平
SpaceX、藍色起源、太空梭固體助推器和我國新一代火箭設計時考慮的重點因素。目前,SpaceX依靠這個技術聲名鵲起,不僅能夠依靠一級火箭反推平穩回收,還能利用整流罩降落傘減速滑翔和接駁船大網實現回收,幾乎毫不浪費。火箭第二級成為殘骸時往往已經有能力圍繞地球飛行、返回地球狀態難以預測、且畢竟還是存在一定風險,當然有必要妥善處理。
雖然人類從未被這個階段的火箭殘骸傷害過,但它們對正常衛星潛在威脅極大,極有可能造就更多新的垃圾。「杞人憂天」還是有必要的。永久的太空垃圾:「世界那麼大,你們出去看看」這個階段的太空垃圾已經太過遙遠,以至於把它們重新帶回地球大氣的成本實在太高,得不償失。此時的有效手段就是讓它們遠離地球附近的寶貴軌道,進入深空。
『伍』 spacex 稱可回收火箭可以使成本降低99%,可能嗎,知乎
回收的只是一級火箭,其它級的和配套整流罩等也是一次性的,另外還有燃料也是消耗掉了。所以,節省相當的開支是有可能,無法超過四分之一。
『陸』 為什麼spacex的火箭不用降落傘回收
就算是只回收的第一級火箭,其體積和質量都是很大的,如果是選用降落傘式回收,為了減速,就需要面積相當大的降落傘,可能還要多個降落傘一起使用才能有較好的效果,而且地球上海洋的面積佔了絕大部分,用降落傘的話,要麼是火箭消耗一點能量做姿態調整,返回時降落到陸地上,這樣會消耗寶貴的能量,減少有效載荷,要麼是直接降落到海里,被海水泡一泡,火箭的發動機就可能被損壞,回收就沒有意義了。如果發射後,火箭的最終只能降落在海上,那麼就可以搭建一個海上平台,給火箭降落,但是降落傘是不能控制的,所以「獵鷹9號」就被設計成了靠反推減速,這樣能靠火箭上的格欄網調整姿態,最後平穩的降落。
『柒』 spacex回收火箭究竟能省多少錢
其實能省的錢是有限的,個人認為即使10年之後技術完全成熟,能夠省一半的錢就算不錯了。現在的技術條件下基本可以肯定會花更多的錢。
火箭的復用是未來發展的一個方向,但是商業航天公司做這樣的宣傳很大程度上是用來吸引投資者的。
首先,火箭發射過程中的固定成本不僅僅是燃料成本,還有發射場的租金,測控系統的服務費,發射時需要封閉空中和海上航道。這些都是按次收費的,怎麼都省不了錢。
其次,火箭的修理費用絕不可能只有50萬美元的。在可預見的將來,火箭修理一次的費用無論如何不會少於一架寬體客機的大修費用。不要說50萬,少於500萬都是勝利。
第三,火箭的任何復用方法都必然造成運力的損失。spacex回收火箭的方法是讓火箭直接飛回發射場,那麼這就必須要讓火箭留足返回的燃料。火箭的結構也必須更重。據說光一級火箭的返回就造成了大約40%的運力損失。而且上面級火箭對於剩餘質量更加敏感,上面級的復用必然帶來更嚴重的運力下降。運力的下降也就變相的提高了運費。其他的回收方案也各有各的缺陷,比如火箭不飛回來,就地降落在海上。這樣燃料剩餘得少,運力下降少,但是打撈又是一大筆費用,而且火箭要是沾了水,修理費又海了去。
第四,也是最重要的一點,衛星的價錢遠遠超過火箭,基本上衛星要比火箭貴個10倍不成問題。一旦火箭發射失敗就會造成極其嚴重的經濟損失,當然這筆錢不會算在發射費用里。但是會體現在客戶的運營風險和保險費用當中。然而目前來講,火箭的發射成功率又非常的低,97%~98%的成功率都算是高的了。可以想像一下,一枚價值8億美元的衛星如果發射失敗,會造成多少經濟損失,還會造成客戶經營計劃的被動。考慮到火箭的成功率,平均每次發射的風險就價值幾千萬美元。恰恰十分尷尬的是,任何火箭的復用方案都會造成火箭可靠性的進一步下降。從而導致客戶面對的風險急劇上升,特別是像中國一樣火箭和衛星在一個鍋里吃飯的,這一問題就尤其嚴重。
最後一點,目前的火箭復用還很初級。具體體現在上面級不能復用,上面級並不因為輕而便宜,實際上上面級上的電子設備更復雜也更昂貴。起飛級的復用省不了多少錢。當然上面級的復用不僅困難,而且會帶來更多的問題,比如嚴重的運力損失。
換個角度再看,火箭的復用和太空梭有什麼不同。
起飛級的復用基本近似於太空梭助推器的復用,只是方案不同。spacex的方案結構設計復雜,製造成本高,運力損失大,可靠性低,回收簡單,復用次數多。各有優劣。
發動機的復用可以直接參照太空梭的發動機復用。使用壽命、維修費用都是需要直接面對的問題。維修費用50萬?聽聽就好了。
未來需要面對的上面級復用,會比太空梭的返回更加困難。畢竟火箭的空氣動力學外形不如太空梭完美。當然,如果我們僅僅回收發動機和部分設備,那倒是簡單許多。
從未來的技術發展看,固定成本(燃料,各種服務費用)基本上是不會有大的下降的,而且有可能上升。火箭的維修費用有可能有較大的下降,但必然是伴隨火箭的造價同步下降的,所以對競爭優勢不會有實質性的幫助。對於起飛級來說,通過優化回收方案可以減少運力損失,但是對於上面級回收來說這個問題基本是無解的,再入是個鬼門關,要想把火箭收回來,重量和燃料的代價是必須付出的,換算過來就是運力的損失。
所以,最重要的必須解決的問題就是火箭的可靠性問題。盡管隨著技術進步電子產品越來越便宜,但是我們對於衛星性能的要求是無止境的,所以衛星只能越來越先進,越來越貴。但是火箭卻越來越便宜(無論是一次性的還是重復使用的)。於是火箭的可靠性就越來越重要。打個比方說,我們光看兩枚火箭,一個3000萬,另一個6000萬,可能會覺得前一個真的很便宜。但是如果我們要發射的是一顆價值30億的衛星,那麼客戶就可能選擇多花3000萬,但是發射成功率提高1%。
『捌』 spacex成功回收火箭能降低多少成本
美國SpaceX公司成功實現了火箭的回收著陸,這大大降低火箭的發射成本。但究竟能降低多少成本呢?
SpaceX的火箭回收為民營航天業節約了大量的成本。之前,火箭在用於發射任務後,一般會作為垃圾丟棄。這樣一來,太空公司的每一次發射任務,都需要花費數百萬美元生產全新火箭。SpaceX CEO伊隆·馬斯克(Elon Musk)表示,「獵鷹9號」火箭的製造成本高達6000萬美元,燃料成本僅為20萬美元。他認為,可重復利用火箭可以不斷降低這部分成本。從理論上講,只需要給一枚火箭重復灌入燃料,即可執行多次發射任務。
但是,實際上非如此。SpaceX需要確保它所回收的火箭仍然具備再次發射的條件。「獵鷹9號」在飛行時經歷了大幅的溫度變化,而且要承受極高的壓力和振動等環境中的諸多極端因素的影響。這些因素都會對火箭本身造成磨損,所以,回收之後的火箭或許需要進行維修和更新,才能再次執行發射任務。翻修火箭引擎往往成本高昂。如果翻修時間太長,SpaceX就無法頻繁地發射。
翻修成本是是太空梭成本高昂的主要原因之一。太空梭使用巨大的一次性燃料箱和兩個可以重復使用的火箭助推器完成發射。一旦完成太空任務,太空梭可以像飛機一樣在返回地面。太空梭的可反復使用設計是為了節約資金,因為除了外部燃料箱外,其他的組件都可以反復使用。「可惜的是,並沒有達到預期效果。」美國宇航局委員會成員兼航前天飛機項目主管維恩·海勒(Wayne Hale)表示,「這是一台極其復雜的設備,需要進行大量翻修才能再次升空。」太空梭的主要引擎經過幾次發射之後必須更換。這種飛行器還需要在兩次任務之間展開許多檢修。另外,在從海洋中回收之後,其火箭助推器也需要不斷更新,而且每次都要使用新的外部燃料箱。總體而言,這將把每次發射任務的成本推升到4.5億至15億美元之間。
多數翻修工作都是專項檢修,並對某些部位進行細微調整,使得回收後的火箭能夠重新符合航天標准。這些成本應該不到50萬美元,遠低於一枚新火箭所需的6000萬美元成本。保盧斯說「這仍然可以大幅降低成本。」。
『玖』 SpaceX回收火箭究竟能省多少錢
由於不知道利潤率,所以一切都按「對外報價」表述。
SpaceX 的 Falcon 9 發射報價 $6000萬 上下。
SpaceX 聲稱一台 Merlin 1D 發動機 $100萬 上下,一級火箭箭體 $1000 萬上下,整流罩 $500 萬上下;燃料只要幾十萬 。
一枚 Falcon 9 由 10 台 Merlin 1D 、一個一級箭體、一個二級箭體、一套著陸腿、一套格柵舵、一套整流罩和兩套 GNC 組成,估價 $3000 萬上下,但發射報價在 $6000萬 上下,可見火箭的價格只佔一半左右。
極端不靠譜的假設,即使回收的火箭不因維護翻新而產生任何費用,但火箭之外的場地租金、發射前的天氣預報、飛行過程中的導航服務等費用是沒法減免的,所以在這種極端不靠譜的假設下價格可以削減一半。
SpaceX 對外聲稱對舊一級火箭進行翻新維護的費用「顯著低於新品價格的一半」,在此按一級價格的 1/3 計,則可降價的空間是 $1400萬 ,不到總報價的 1/4 。
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上述為 Falcon 9 火箭的特例。隨著 Falcon Heavy 之類更大的火箭投入使用,發射報價中火箭自身所佔的比重也更大。越大的火箭 (如果能以同樣程度的維護翻新費用做到回收復用) 其可降價的空間也越大。
『拾』 spacex成功回收火箭能降低多少
美國SpaceX公司成功實現了火箭的回收著陸,這大大降低火箭的發射成本。但究竟能降低多少成本呢?
SpaceX的火箭回收為民營航天業節約了大量的成本。之前,火箭在用於發射任務後,一般會作為垃圾丟棄。這樣一來,太空公司的每一次發射任務,都需要花費數百萬美元生產全新火箭。SpaceX CEO伊隆·馬斯克(Elon Musk)表示,「獵鷹9號」火箭的製造成本高達6000萬美元,燃料成本僅為20萬美元。他認為,可重復利用火箭可以不斷降低這部分成本。從理論上講,只需要給一枚火箭重復灌入燃料,即可執行多次發射任務。
但是,實際上非如此。SpaceX需要確保它所回收的火箭仍然具備再次發射的條件。「獵鷹9號」在飛行時經歷了大幅的溫度變化,而且要承受極高的壓力和振動等環境中的諸多極端因素的影響。這些因素都會對火箭本身造成磨損,所以,回收之後的火箭或許需要進行維修和更新,才能再次執行發射任務。翻修火箭引擎往往成本高昂。如果翻修時間太長,SpaceX就無法頻繁地發射。
翻修成本是是太空梭成本高昂的主要原因之一。太空梭使用巨大的一次性燃料箱和兩個可以重復使用的火箭助推器完成發射。一旦完成太空任務,太空梭可以像飛機一樣在返回地面。太空梭的可反復使用設計是為了節約資金,因為除了外部燃料箱外,其他的組件都可以反復使用。「可惜的是,並沒有達到預期效果。」美國宇航局委員會成員兼航前天飛機項目主管維恩·海勒(Wayne Hale)表示,「這是一台極其復雜的設備,需要進行大量翻修才能再次升空。」太空梭的主要引擎經過幾次發射之後必須更換。這種飛行器還需要在兩次任務之間展開許多檢修。另外,在從海洋中回收之後,其火箭助推器也需要不斷更新,而且每次都要使用新的外部燃料箱。總體而言,這將把每次發射任務的成本推升到4.5億至15億美元之間。
多數翻修工作都是專項檢修,並對某些部位進行細微調整,使得回收後的火箭能夠重新符合航天標准。這些成本應該不到50萬美元,遠低於一枚新火箭所需的6000萬美元成本。保盧斯說「這仍然可以大幅降低成本。」。