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大众航天时代不再是遥远的梦想-【新闻】

发布时间:2021-05-24 08:24:36 阅读: 来源:化工泵厂家

大众航天时代不再是遥远的梦想11颗卫星,每颗重172千克,相当于22个成人,被猎鹰九号火箭送入了600多公里高度的近圆轨道。而且,第一级火箭经历一轮太空飞行,再次返回地球大气层,于点火升空的9分40秒后,又稳稳立在发射场附近的着陆平台,实现了世界上运载火箭的成功回收。

一年以来数次失败之后,美国太空探索技术公司(SpaceX)的研发团队终于可以安心回家欢度新年。此次创造航天史的火箭发射成本,预计为6000万美元,大大降低了人类飞向宇宙的亿万美元门槛。当家人马斯克用特斯拉轿跑车改变了纯电动车徐缓疲弱的传统印象,这次他的目标是希望自己在火星上退休。

这,也许真的已经不是一个梦想。那么,如何迎来一个万众创新、大众航天的时代?

当航天物料成为平常东西

作为CEO兼CTO(首席技术官),同时也是技术狂和工作狂,在这个马斯克的手中,超高速的火箭可以往返于天地,而不必再被抛掷到大海中。当然,原地返回做到了,异地返回也应该不是问题。

科学家正在研究建造喷射引擎和火箭引擎的混合体。它能在4小时内飞行相当于从英国到澳大利亚的距离,使乘客的太空旅游像坐飞机一样容易,这条国际广播公司的电文称,这项工程简直让人为之一振,太空飞行器能以音速5倍的速度飞行,时速达3000英里(约合4800公里)与正常客机航班不同的体验,还有那种九霄云外的失重感。

就相关技术的可行性,本报记者与上海市科学学研究所合作,通过公众号三思派与上海宇航系统工程研究所高工毛承元展开对话。这位从事运载火箭总体研制的工程师认为,此次回收式火箭的突破之处,首先在于动力技术,主要包括火箭一级发动机多次启动、推力控制、推进剂管理等技术。另外,这枚全推力版本的火箭还运用了极低温的液氧煤油推进剂,也是世界首创。突破之二是飞行控制技术,猎鹰九号的一级火箭有40多米长,需要在与各级火箭分离后完成姿态调整,进行返回再入的弹道控制,并精准地返回着陆点;同时,控制其垂直返回,也需要很强的飞控能力,他们在这方面也是的。

毛承元表示,这次成功可以归结为几个原因,其中之一是整个美国的科技和工业基础,保障了从原材料、工艺、制造设备到计算机等诸多领域都是的。这在整个火箭设计制造过程中的作用相当明显,简单地说就是马斯克他们所用的贮箱材料、焊接工业、箭上计算机及导航器件等等,在他们那里都是平常的东西。而在别的国家,可能还需要投入大资金去攻关,效果也不一定稳定。

商业航天还须反垄断PPP

不过,技术原因并非专家眼中的首要原因。在这个创新创业活跃度很高的国家,作为支持创新创业的政府部门,往往与包括民营企业在内的社会各方力量结合在一起。

在美国航天领域,也并非一开始就是如此。波音公司和洛克希德马丁公司是政府有意扶持的,两家原本存在竞争关系,后来却联合起来成立了发射联盟(ULA),几乎垄断了美方军用发射,并且价格很高。毛承元说,在航天飞机退役后,美国国家航空航天局(NASA)需要寻求新的方式向国际空间站补给,也不希望再次形成一家独大的局面,因此出台了不少商业航天政策,鼓励私营航天发展,并开放了一些技术进行支持。

这种模式显然是反垄断,相当于PPP,即政府与社会资本合作模式,或称公共与非公共部门间的伙伴关系。

国家天文台副研究员、科普作家郑永春告诉三思派编辑:事实上,美国政府在奥巴马上台伊始就开始布局商业航天发展,如果没有国会立法和政府政策的支持,美国太空探索技术公司不可能有今天的成功。

他认为,NASA作为政府部门,在推动商业航天发展方面不与民争利,果断退出具有潜在商业价值的低轨道航天发射领域,向SpaceX这样的民营航天企业开放。NASA自身则集中精力发展基础航天技术和深空探测等公益性航天事业,特别是在载人登陆火星方面。

比如,NASA向SpaceX开放了阿波罗登月和航天飞机研发的大量技术报告,转移了大量成熟技术。为了扶持SpaceX,NASA甚至将自己的核心技术骨干派驻到这家公司,其中包括一批航天业内的高手。

在郑永春看来,航天发展的瓶颈在火箭,而火箭研发的瓶颈在发动机。SpaceX此前并没有研制大型火箭发动机的能力,这枚猎鹰九号火箭上使用的梅林发动机,原型是NASA当年用于载人登月的,推力不大,因此,整个猎鹰九号需要19台这样的发动机。NASA把梅林发动机的全套技术转让给SpaceX,SpaceX在原有基础上又进行了改造和升级,发动机推力由此得以提高。而目前,SpaceX已经具备独立自主研发火箭发动机的能力。

不仅转移技术、输送人才,NASA还给了长期的大额订单。经过20多家公司的3轮竞标,SpaceX的猎鹰九号和另一家民营航天企业轨道科学公司的运载火箭脱颖而出,赢得了国际空间站货物运输合同,总金额达数十亿美元。

失败是成功之母,此前马斯克的火箭保持失败十多次,但政府依然愿意支持他。毛承元说,前三次的猎鹰一号火箭发射失败,SpaceX公司几乎破产,NASA适时提供援手,甚至在猎鹰九号还没首飞时就给了SpaceX商业航天的补给合同,可以说救了他们一命。另外,奥巴马还亲自参观过他们的发射场。

浴室零件组装飞船把手

搞航天,真的那么高大上吗?产生这种固有的概念,有点像上世纪80年代中国轿车工业通过合资模式重新起步时,当年造轿车似乎也是那么高大上。然而,时过境迁,轿车制造以及发动机在一些本土民营企业家眼中也早已不是那么神秘和洋气。未来的航天,恐怕也是如此。

成本低是大众化、廉价化的前提。据郑永春研究,SpaceX制定了全面的成本控制计划:火箭和飞船使用的全部零部件尽可能由自己生产,这样做同时也降低了零部件外部采购带来的质量控制风险。由于火箭和飞船的生产量十分有限,为了减少生产线,他们尽可能在一条生产线上生产多种不同的零部件。马斯克相信,降低成本的关键不仅在于研发新的技术,更在于广泛采用已经成熟的技术和产品。

低成本发射已经成为地球上空的鲶鱼。以向国际空间站提供货运服务的龙飞船为例,龙飞船与国际空间站的货运合同2008年时的单次费用为1.33亿美元,相当于今天的1.15亿美元,于是NASA用16亿美元就购买了12次货运发射任务。与此相比,美国大中型空间载荷的平均发射费用每次为4.35亿美元,4次发射就合计17.4亿美元。而欧洲的阿丽亚娜(也译阿里安)公司和美俄联合的国际发射服务公司报价也不低。

郑永春说,为了降低成本,SpaceX甚至用市面上十分成熟的浴室零件来组装飞船的门把手,仅此一项小细节就可以节约1470美元。这种十分商业化的运作模式,就像生产冰箱和洗衣机的流水线那样,脱离了以往火箭研发中十分臃肿冗长的供应链。

有人认为,猎鹰九号火箭第一级的回收成功,使航天发射变成了白菜价。郑永春认为,实际上,火箭回收可以降低发射成本是肯定的,但是否真的降到白菜价,回收后的火箭发动机又需要进行多大程度的更新改造是更新后用于下一次发射,还是用于其他用途,这些都还需要航天实践的进一步检验。毛承元也说,希望人们关注SpaceX等新兴航天企业的成长,更多于关注回收成功。虽然这次回收成功了,但真正的重复使用,依然道路漫长。

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