美国太空探索技术公司的“龙”飞船8日携带首个试验性充气式太空舱飞向国际空间站。完成本次发射的运载火箭是“猎鹰9”号火箭,在这次发射中,运载火箭的第一级成功地实现了在一艘海上无人船上的软着陆。
“猎鹰9”号第一级火箭是如何做到海上回收的呢?
正如大家都知道的,现在的卫星发射,需要三级火箭来完成,其中第一级火箭是要使得星箭冲出大气层,即,第一级火箭干的是摆脱地球吸引力的力气活儿。
可能大多数人都很少注意到,第一级运载火箭在整个星箭中,个头最大,在空中的时间最短,完成任务后,一般就燃料耗尽,自行在大气层中坠毁,残骸落到海里或其他人烟稀少的地方。所以,经常听到第一级火箭残骸落到有人居住地区的报道,可伤人的情况好像没有听说。
控制火箭的飞行状态,在航天领域是一门专门的技术——航天伺服技术。尽管各航天大国彼此之间技术封锁,但是其伺服技术的原理还是大同小异的。中国的航天伺服技术,在曾广商院士为代表的几代科学家的开发、研制下,达到了世界先进技术水平,甚至在某些方面,走在世界航天伺服技术的最前列。
以往第一级火箭在不考虑回收问题的情况下,主要就是让它以大推力带着第二、第三级火箭及卫星向上、向前飞行,到时脱离第二级火箭,无害坠毁。
做到回收这一步,关键是在第一级与第二级火箭分离后,对于第一级火箭状态的调整。也就是,过去对第一级火箭的落点只要落到海上或者无害区域即可,现在是要定点回收。
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。
美国太空探索技术公司的老总埃隆·马斯克先生的理想是要制造出最便宜、最安全、速度最快的从地球到火星的飞行器,“猎鹰9”号第一级火箭的成功回收,可谓他在这一目标上迈出的成功的一步。
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