还记得重型猎鹰首飞时,两枚助推火箭并肩着陆的场景吗?这幅画面不知让多少人惊呼,科幻已经走进了现实。美国东部时间2018年2月6日,SpaceX公司成功发射并回收重型猎鹰的两枚助推火箭。就在几年之前,当伊隆‧马斯克首次提出要回收火箭重复使用时,几乎没人相信他能做到这一点。但现在,马斯克又有了新的想法,这次他要尝试回收火箭的上面级。
4月15日,他卖着关子透露了这样的消息:“这听起来会很疯狂,但…… SpaceX将尝试用一个巨型派对气球,把处于轨道速度的火箭上面级带回来。”这是SpaceX首次暗示,他们可能要尝试回收上面级。不过对于马斯克的这次创意,大家似乎认真了许多:毕竟,一级火箭的回收和重复利用,如今已经成为了SpaceX发射任务的一种常态。
火箭上面级:通常指火箭的第二级或第三极,是多级火箭的第一级以上的部分。
回收火箭,关键得减速。网友们纷纷提问,SpaceX到底会怎么做?他提到的“巨型派对气球”又会是什么?马斯克还没有回应,但他的一位粉丝有话要说。美国马里兰大学工程学院的学生奎因‧库佩克(Quinn Kupec)在推特中评论道:“如果你说的和我想的一样,这是一个超低弹道进入系数减速器的话,你应该来马里兰大学看看。我们一直在做这方面的研究,刚刚结束了一些测试。
”弹道系数:用来衡量航天器在飞行过程中克服空气阻力的能力的方法。弹道系数较高,意味着重返大气层的航天器减速较慢,到达地面时速度依然较快。一个超低弹道进入系数减速器,可以帮助航天器迅速减速,在到达地面之前就降到音速以下。重返大气层时,如果高速进入稠密天气,航天器将承受巨大的热量。
这样看来,火箭上面级如果可以低速重返(再入)大气层,是更合适的,因为这样可以减少热量的产生。
但据学生库佩克说,SpaceX还有另一个问题需要解决。“降低速度后又会发生什么?假设再入的火箭上面级的重心明显落后于它的空气阻力中心(这是很可能出现的情况),那上面级就会变得不稳定。如果重心过高,再入的火箭甚至可能翻转过来,这就糟了。”所以,诀窍是,把再入的火箭上面级的速度降低到到某个特定值以下,使其在下落过程中产生的热量不会损害火箭。对于已经达到轨道速度的火箭上面级来说,这是一个必须克服的障碍。
巨型派对气球是减速器?那Space X 的马斯克所说的“巨型派对气球”又是什么呢?他可能是指“气球减速伞”(ballute),一个气球和降落伞的结合体,它可以帮助航天器减速,并在下落过程中保持稳定。马里兰大学教授戴维‧埃金(David Akin)对再入系统的研究已超过20年,他表示,“此前就有人提出过这样的概念(气球减速伞),在航天器返回时释放一个巨型气球,并通过线缆拖在身后。
气球能够降低弹道系数,使航天器在更高的大气层中减速,降低所受到的热负荷。”所以,再入火箭需要在接近地表之前就降低速度,因为越靠近地表,大气层就越厚,产生热量就越高。“这并非易事。” 埃金教授认为,“要达到马斯克的目标,即弹道系数降低两个数量级,气球的直径就必须达到36米以上,还要由耐高温织物制成。”
不过马斯克一向不是个会回避困难的人。
而有埃金教授和库佩克这样的人正在进行研究,SpaceX就不需要从头做起了。并且在航天历史上,曾有过使用气球帮助航天器返回的先例。2000年2月,俄罗斯在其佛盖特上面级上配备了可充气的再入及降落装置,可上面级在落回地面时恰逢一场暴风雪,从此再也没有被找到。但是,SpaceX 仍有许多工作要做。火箭回收,志在太空垃圾。SpaceX 回收火箭上面级不只是为了降低发射成本,还有助于解决太空垃圾的问题。
据欧洲航天局估计,目前已有超过29000块太空垃圾围绕着地球,其中一些就来自于火箭的上面级。这些垃圾已经造成了一些碰撞和事故,一些卫星因此被推入不同的轨道。2009年,33号铱星与退役的俄罗斯宇宙2251通信卫星发生碰撞,两枚卫星全部损坏。如果SpaceX能够开发出一种回收上面级的方法,就可以降低潜在的碰撞风险。
不过,对于回收火箭的创意仍有未解之谜:马斯克在 “巨型派对气球”那条推特,即“……把处于轨道速度的火箭上面级带回来”的后面,又补了一句,“把它降落在一张弹性蹦床上”。不过,至于这句话是什么意思,目前还没有人作出解释。