『壹』 SpaceX公司火箭回收技术是什么原理
火箭采取了垂直回收的方式,降落过程中逐渐导航至下降通道,最后落地前火箭发动机将相对速度降为接近0的状态,采取四个支架平稳着陆。
在回收视频中可以看到,现场由于火箭喷射气流产生了巨大的音爆,所有人刚开始都认为闪光中的火箭回收失败了,但后来火焰熄灭看到火箭平稳立住的那一刻,全场爆发了无尽的欢呼声。观看视频时看到那些现场观众疯狂的表情,让人真正发自内心为他们对人类航天事业的巨大贡献而自豪,这一天,一个新的时代,向我们张开了大门!
(回收时落地的画面,来自SpaceX官网)
火箭回收的意义到底是什么?
是否能真正降低成本,值得商榷和进一步观察:
a、为了回收,要增加额外的各种控制和导航空间,导致火箭的设计难度大大提高;
b、火箭为了保全,需要留下不少燃料作为后续的“刹车”减速。这对整个推进系统的设计尤其是燃料推送系统的要求极高,要增加很多冗余设计,风险较大;
c、火箭发射一个重要指标就是推重比,相当于有效载荷(卫星或飞船)所占比例越高越好,但如果考虑回收,相当于额外的一些燃料和系统设计会占掉有效载荷的空间,导致发射效率降低。或者是为了达到同样的发射能力,需要更大的火箭设计;
d、类似航天飞机,回收过后的维护尤其对一级发动机的维护,恐怕成本不亚于直接换一个新的;
e、节约成本从本质上讲是当发射频率达到一定数量之后才有意义,比如欧洲,一年恐怕就发射个位数的火箭,就算用可回收火箭,使用频率不够,也会使运营与维护成本占火箭发射总费用的比例极大增加。
从这些方面说,在目前这个技术程度和航天发射需求下,SpaceX的火箭回收技术难以很大程度节约成本,或者只是成本略微降低而已。
但这毕竟是人类航天史上一次划时代的成功,意义远远不止火箭成功回收这一技术上的胜利。SpaceX和之前蓝色起源的成功,让世间第一次意识到航天不再是一种遥不可及的领域。
这个意义就好比,当初欧洲人航海,最早都是举全国之力,送出两三艘船,百年之内便发现了美洲、环游了全世界。但突然间,人类发现航海技术不再遥不可及,造船公司、航运公司成为了现实,人们可以买票做出一百多年前开拓者做出的创举。五月花号上的人,坐在船上,已然没有了当时开拓者们害怕的那种心境,他们只是买了在正常不过的船票,航海已经成为人类开拓新世界的工具,不再神秘。
航天亦是如此,刚发展了不过70年时间,如今已经从国之重器、国之大业,慢慢走向了商业化、产业化,一个私人公司竟然能实现如此不可思议的成就,未来的航天将会更加普及,成本将会更加低廉,可靠性将会更加令人信服。航海用几百年普及下来,航天可能100年内即可实现,未来这些商业公司的航天,将会成为人类进入太空开发太空的一艘艘“五月花”号。这种意义上的贡献,是要远远超过SpaceX做出的任何一个产品的。
『贰』 spacex为什么海上回收火箭
SpaceX是迫于无奈。由于发射场的地理位置在美国东部海岸,大部分运载火箭都需要从东部海岸向东发射,运载火箭各子级在完成使命并分离后,由于惯性会继续向前向上运动,最终会落到距离发射点很远的大西洋(7.130, -0.18, -2.46%)某处。因此,最节省推进剂的回收方式就是将回收平台搭建在火箭子级的自然落点附近。
在陆上回收中,一级火箭的飞行轨迹截然不同。“猎鹰9号”那次成功回收中,火箭是从佛罗里达州卡纳维拉尔角的40号发射场升空,当一级火箭与二级火箭分离后,进行了一系列翻转和机动,最后返回了佛罗里达海岸的航天中心,与发射台相距不到10公里。
显然,由于陆上回收的路径太长了,一级火箭的陆上回收,需要耗费大量燃料,从而增加成本。只有当运载火箭所承载的载荷比其最大运载能力小很多时,一级火箭中剩余的推进剂又足够多,才可以在一级火箭分离后使用较多的推进剂改变其速度和方向,从而能够返回发射场附近,采用陆地回收。
陆上回收要考虑更多的地面因素,尤其是着陆失败可能给着陆区域造成的损害。因此,陆上回收需要事先取得美国联邦航空管理局和美国空军的批准。
SpaceX副总裁莱·罗森(Lee Rosen)曾经提出,在美国得克萨斯州建立发射场的想法,这样就可以在佛罗里达州陆地上回收火箭。然而,这一方案面临着不利因素。佛罗里达州由于人口稠密,且南北方向长度有限,不是理想的降落地点,不能满足发射场对多射向的基本要求,而只能满足特定的发射任务;对于一些高倾角的发射任务,一级火箭的自然落地点就会超出佛罗里达范围,又要掉到海里去了。
『叁』 spacex火箭回收到底值不值得
重复使用能够进一步降低该公司猎鹰9号运载火箭的发射成本。尽管目前,SpaceX的发回射成本答已经是许多竞争者发射成本的几分之一了
为什么要回收火箭?
我们都知道,居高不下的发射成本,是制约航天工业发展的重要因素。那么,有没有办法大幅降低成本呢?完整回收火箭并再次利用是个好办法。
其实一枚火箭的成本,燃料仅占很小一部分。火箭的导航控制系统、燃料储箱和火箭发动机等部分才是绝对的大头。如果一枚火箭可以重复使用,那么就可以大大降低发射成本。
太空探索技术公司CEO艾伦•马斯克(Elon•musk)曾表示,制造能够重复使用的火箭,才是人类航天的未来。以这次发射使用的“猎鹰9”号火箭为例,火箭成本5000万美元,其中燃料费用仅有20万美元。
此前,他们研制了“蚱蜢”垂直起降试验飞行器,为火箭定点垂直着陆进行了试验。后来,又改装了“猎鹰9”号火箭的第一级进行垂直起降试验。
『肆』 SpaceX利用火箭一级回收技术名声大噪,那他的火箭回收技术已经到达了什么水平
SpaceX、蓝色起源、航天飞机固体助推器和我国新一代火箭设计时考虑的重点因素。目前,SpaceX依靠这个技术声名鹊起,不仅能够依靠一级火箭反推平稳回收,还能利用整流罩降落伞减速滑翔和接驳船大网实现回收,几乎毫不浪费。火箭第二级成为残骸时往往已经有能力围绕地球飞行、返回地球状态难以预测、且毕竟还是存在一定风险,当然有必要妥善处理。
虽然人类从未被这个阶段的火箭残骸伤害过,但它们对正常卫星潜在威胁极大,极有可能造就更多新的垃圾。“杞人忧天”还是有必要的。永久的太空垃圾:“世界那么大,你们出去看看”这个阶段的太空垃圾已经太过遥远,以至于把它们重新带回地球大气的成本实在太高,得不偿失。此时的有效手段就是让它们远离地球附近的宝贵轨道,进入深空。
『伍』 spacex 称可回收火箭可以使成本降低99%,可能吗,知乎
回收的只是一级火箭,其它级的和配套整流罩等也是一次性的,另外还有燃料也是消耗掉了。所以,节省相当的开支是有可能,无法超过四分之一。
『陆』 为什么spacex的火箭不用降落伞回收
就算是只回收的第一级火箭,其体积和质量都是很大的,如果是选用降落伞式回收,为了减速,就需要面积相当大的降落伞,可能还要多个降落伞一起使用才能有较好的效果,而且地球上海洋的面积占了绝大部分,用降落伞的话,要么是火箭消耗一点能量做姿态调整,返回时降落到陆地上,这样会消耗宝贵的能量,减少有效载荷,要么是直接降落到海里,被海水泡一泡,火箭的发动机就可能被损坏,回收就没有意义了。如果发射后,火箭的最终只能降落在海上,那么就可以搭建一个海上平台,给火箭降落,但是降落伞是不能控制的,所以“猎鹰9号”就被设计成了靠反推减速,这样能靠火箭上的格栏网调整姿态,最后平稳的降落。
『柒』 spacex回收火箭究竟能省多少钱
其实能省的钱是有限的,个人认为即使10年之后技术完全成熟,能够省一半的钱就算不错了。现在的技术条件下基本可以肯定会花更多的钱。
火箭的复用是未来发展的一个方向,但是商业航天公司做这样的宣传很大程度上是用来吸引投资者的。
首先,火箭发射过程中的固定成本不仅仅是燃料成本,还有发射场的租金,测控系统的服务费,发射时需要封闭空中和海上航道。这些都是按次收费的,怎么都省不了钱。
其次,火箭的修理费用绝不可能只有50万美元的。在可预见的将来,火箭修理一次的费用无论如何不会少于一架宽体客机的大修费用。不要说50万,少于500万都是胜利。
第三,火箭的任何复用方法都必然造成运力的损失。spacex回收火箭的方法是让火箭直接飞回发射场,那么这就必须要让火箭留足返回的燃料。火箭的结构也必须更重。据说光一级火箭的返回就造成了大约40%的运力损失。而且上面级火箭对于剩余质量更加敏感,上面级的复用必然带来更严重的运力下降。运力的下降也就变相的提高了运费。其他的回收方案也各有各的缺陷,比如火箭不飞回来,就地降落在海上。这样燃料剩余得少,运力下降少,但是打捞又是一大笔费用,而且火箭要是沾了水,修理费又海了去。
第四,也是最重要的一点,卫星的价钱远远超过火箭,基本上卫星要比火箭贵个10倍不成问题。一旦火箭发射失败就会造成极其严重的经济损失,当然这笔钱不会算在发射费用里。但是会体现在客户的运营风险和保险费用当中。然而目前来讲,火箭的发射成功率又非常的低,97%~98%的成功率都算是高的了。可以想象一下,一枚价值8亿美元的卫星如果发射失败,会造成多少经济损失,还会造成客户经营计划的被动。考虑到火箭的成功率,平均每次发射的风险就价值几千万美元。恰恰十分尴尬的是,任何火箭的复用方案都会造成火箭可靠性的进一步下降。从而导致客户面对的风险急剧上升,特别是像中国一样火箭和卫星在一个锅里吃饭的,这一问题就尤其严重。
最后一点,目前的火箭复用还很初级。具体体现在上面级不能复用,上面级并不因为轻而便宜,实际上上面级上的电子设备更复杂也更昂贵。起飞级的复用省不了多少钱。当然上面级的复用不仅困难,而且会带来更多的问题,比如严重的运力损失。
换个角度再看,火箭的复用和航天飞机有什么不同。
起飞级的复用基本近似于航天飞机助推器的复用,只是方案不同。spacex的方案结构设计复杂,制造成本高,运力损失大,可靠性低,回收简单,复用次数多。各有优劣。
发动机的复用可以直接参照航天飞机的发动机复用。使用寿命、维修费用都是需要直接面对的问题。维修费用50万?听听就好了。
未来需要面对的上面级复用,会比航天飞机的返回更加困难。毕竟火箭的空气动力学外形不如航天飞机完美。当然,如果我们仅仅回收发动机和部分设备,那倒是简单许多。
从未来的技术发展看,固定成本(燃料,各种服务费用)基本上是不会有大的下降的,而且有可能上升。火箭的维修费用有可能有较大的下降,但必然是伴随火箭的造价同步下降的,所以对竞争优势不会有实质性的帮助。对于起飞级来说,通过优化回收方案可以减少运力损失,但是对于上面级回收来说这个问题基本是无解的,再入是个鬼门关,要想把火箭收回来,重量和燃料的代价是必须付出的,换算过来就是运力的损失。
所以,最重要的必须解决的问题就是火箭的可靠性问题。尽管随着技术进步电子产品越来越便宜,但是我们对于卫星性能的要求是无止境的,所以卫星只能越来越先进,越来越贵。但是火箭却越来越便宜(无论是一次性的还是重复使用的)。于是火箭的可靠性就越来越重要。打个比方说,我们光看两枚火箭,一个3000万,另一个6000万,可能会觉得前一个真的很便宜。但是如果我们要发射的是一颗价值30亿的卫星,那么客户就可能选择多花3000万,但是发射成功率提高1%。
『捌』 spacex成功回收火箭能降低多少成本
美国SpaceX公司成功实现了火箭的回收着陆,这大大降低火箭的发射成本。但究竟能降低多少成本呢?
SpaceX的火箭回收为民营航天业节约了大量的成本。之前,火箭在用于发射任务后,一般会作为垃圾丢弃。这样一来,太空公司的每一次发射任务,都需要花费数百万美元生产全新火箭。SpaceX CEO伊隆·马斯克(Elon Musk)表示,“猎鹰9号”火箭的制造成本高达6000万美元,燃料成本仅为20万美元。他认为,可重复利用火箭可以不断降低这部分成本。从理论上讲,只需要给一枚火箭重复灌入燃料,即可执行多次发射任务。
但是,实际上非如此。SpaceX需要确保它所回收的火箭仍然具备再次发射的条件。“猎鹰9号”在飞行时经历了大幅的温度变化,而且要承受极高的压力和振动等环境中的诸多极端因素的影响。这些因素都会对火箭本身造成磨损,所以,回收之后的火箭或许需要进行维修和更新,才能再次执行发射任务。翻修火箭引擎往往成本高昂。如果翻修时间太长,SpaceX就无法频繁地发射。
翻修成本是是航天飞机成本高昂的主要原因之一。航天飞机使用巨大的一次性燃料箱和两个可以重复使用的火箭助推器完成发射。一旦完成太空任务,航天飞机可以像飞机一样在返回地面。航天飞机的可反复使用设计是为了节约资金,因为除了外部燃料箱外,其他的组件都可以反复使用。“可惜的是,并没有达到预期效果。”美国宇航局委员会成员兼航前天飞机项目主管维恩·海勒(Wayne Hale)表示,“这是一台极其复杂的设备,需要进行大量翻修才能再次升空。”航天飞机的主要引擎经过几次发射之后必须更换。这种飞行器还需要在两次任务之间展开许多检修。另外,在从海洋中回收之后,其火箭助推器也需要不断更新,而且每次都要使用新的外部燃料箱。总体而言,这将把每次发射任务的成本推升到4.5亿至15亿美元之间。
多数翻修工作都是专项检修,并对某些部位进行细微调整,使得回收后的火箭能够重新符合航天标准。这些成本应该不到50万美元,远低于一枚新火箭所需的6000万美元成本。保卢斯说“这仍然可以大幅降低成本。”。
『玖』 SpaceX回收火箭究竟能省多少钱
由于不知道利润率,所以一切都按“对外报价”表述。
SpaceX 的 Falcon 9 发射报价 $6000万 上下。
SpaceX 声称一台 Merlin 1D 发动机 $100万 上下,一级火箭箭体 $1000 万上下,整流罩 $500 万上下;燃料只要几十万 。
一枚 Falcon 9 由 10 台 Merlin 1D 、一个一级箭体、一个二级箭体、一套着陆腿、一套格栅舵、一套整流罩和两套 GNC 组成,估价 $3000 万上下,但发射报价在 $6000万 上下,可见火箭的价格只占一半左右。
极端不靠谱的假设,即使回收的火箭不因维护翻新而产生任何费用,但火箭之外的场地租金、发射前的天气预报、飞行过程中的导航服务等费用是没法减免的,所以在这种极端不靠谱的假设下价格可以削减一半。
SpaceX 对外声称对旧一级火箭进行翻新维护的费用“显著低于新品价格的一半”,在此按一级价格的 1/3 计,则可降价的空间是 $1400万 ,不到总报价的 1/4 。
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上述为 Falcon 9 火箭的特例。随着 Falcon Heavy 之类更大的火箭投入使用,发射报价中火箭自身所占的比重也更大。越大的火箭 (如果能以同样程度的维护翻新费用做到回收复用) 其可降价的空间也越大。
『拾』 spacex成功回收火箭能降低多少
美国SpaceX公司成功实现了火箭的回收着陆,这大大降低火箭的发射成本。但究竟能降低多少成本呢?
SpaceX的火箭回收为民营航天业节约了大量的成本。之前,火箭在用于发射任务后,一般会作为垃圾丢弃。这样一来,太空公司的每一次发射任务,都需要花费数百万美元生产全新火箭。SpaceX CEO伊隆·马斯克(Elon Musk)表示,“猎鹰9号”火箭的制造成本高达6000万美元,燃料成本仅为20万美元。他认为,可重复利用火箭可以不断降低这部分成本。从理论上讲,只需要给一枚火箭重复灌入燃料,即可执行多次发射任务。
但是,实际上非如此。SpaceX需要确保它所回收的火箭仍然具备再次发射的条件。“猎鹰9号”在飞行时经历了大幅的温度变化,而且要承受极高的压力和振动等环境中的诸多极端因素的影响。这些因素都会对火箭本身造成磨损,所以,回收之后的火箭或许需要进行维修和更新,才能再次执行发射任务。翻修火箭引擎往往成本高昂。如果翻修时间太长,SpaceX就无法频繁地发射。
翻修成本是是航天飞机成本高昂的主要原因之一。航天飞机使用巨大的一次性燃料箱和两个可以重复使用的火箭助推器完成发射。一旦完成太空任务,航天飞机可以像飞机一样在返回地面。航天飞机的可反复使用设计是为了节约资金,因为除了外部燃料箱外,其他的组件都可以反复使用。“可惜的是,并没有达到预期效果。”美国宇航局委员会成员兼航前天飞机项目主管维恩·海勒(Wayne Hale)表示,“这是一台极其复杂的设备,需要进行大量翻修才能再次升空。”航天飞机的主要引擎经过几次发射之后必须更换。这种飞行器还需要在两次任务之间展开许多检修。另外,在从海洋中回收之后,其火箭助推器也需要不断更新,而且每次都要使用新的外部燃料箱。总体而言,这将把每次发射任务的成本推升到4.5亿至15亿美元之间。
多数翻修工作都是专项检修,并对某些部位进行细微调整,使得回收后的火箭能够重新符合航天标准。这些成本应该不到50万美元,远低于一枚新火箭所需的6000万美元成本。保卢斯说“这仍然可以大幅降低成本。”。