数据解读

 数据解读     |      2019-12-29

[据美国SpaceX公司网站2008年11月3日报道] 美国太空探索技术公司将推出一种新型商用飞船——“龙实验室”(DragonLab™,即以前的“龙”太空舱)。这是一种自由飞行,可重复使用的飞船,能往返地球和太空之间运输承压和非承压有效载荷。“龙实验室”将搭乘“猎鹰”9火箭进入太空。

3月2日,SpaceX的载人飞船——龙号,在猎鹰9Block5火箭的搭载下,在肯尼迪航天中心发射升空,并于3月3日,和国际空间站对接。

下一个焦点:“猎鹰重型”火箭干啥?

9月29日消息,据国外媒体报道,SpaceX创始人兼首席执行官埃隆·马斯克在位于德克萨斯州博卡奇卡的测试发射场公布“星舰飞船”计划的最新进展。

“龙实验室”提供了一个可进行太空实验以及部署小型航天器的平台。整套“龙实验室”提供了系统运行的方方面面:推进、动力、热控、环境控制、航电设备、通信、热防护、飞行软件、制导、导航与控制、再入、下降、着陆和回收。

最近马斯克搞事情不断,继去年把特斯拉电动跑车送去火星后,这次他又将一个假人用自家的航天飞船——龙飞船,送上了空间站。

北京时间2月7日凌晨4时45分左右,美国太空探索技术公司的“猎鹰重型”火箭一飞冲天,成功发射。但据美国太空网6日报道,就在该火箭咆哮太空之际,关于这一航天界超级“网红”的一项潜在应用——将人类送往地球轨道以外的地方,SpaceX却开始打退堂鼓了。

SpaceX表示,最终星舰飞船以及名为超重猎鹰的火箭助推器将取代该公司的猎鹰9号、重型猎鹰火箭以及用于货运和载人任务的“龙”飞船。马斯克在周六的发布会上宣布星舰飞船、超重猎鹰火箭以及星际旅行计划的最新进展。

SpaceX公司将在11月6日举办“龙实验室”用户培训班。这个培训班将为用户提供了解“龙实验室”功能以及展示客户特定兴趣点和需求的机会。培训班日程包括“龙实验室”概述,运行理念,有效载荷以及成本。

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在“猎鹰重型”火箭发射前,公司CEO埃隆·马斯克在与记者的电话会议上表示,鉴于该公司更大的、完全重复使用的“大猎鹰火箭”研制工作取得进展,“猎鹰重型”火箭很可能不会用来发射载人飞船。

SpaceX在其网站上表示:“通过开发一个能够服务于多种市场的单一系统,SpaceX可以将猎鹰9号、重型猎鹰和龙飞船的资源重新投入到星舰飞船上,这也是该系统成本低廉的根本原因。”

SpaceX公司将在培训班上与潜在用户讨论新航天器的应用、需求、用户关心的问题以及合同订立机制。SpaceX公司还将安排用户参观公司制造厂。

龙飞船又名天龙号飞船,是美国太空探索技术公司——SpaceX牵头研发的载人和货运飞船。当然,这次的试飞成功,并非马斯克一人的功劳,事实上,这是NASA和SpaceX共同合作的结果。NASA向SpaceX提供的相关技术和标准,更是传授了过去以来在安全方面的经验,这才促使了SpaceX的快速发展。相应的,私人企业的灵活性和优良的成本控制,为NASA提供了相对便宜的货运、载人和科学服务。为此,NASA与SpaceX签订了一份价值16亿美元的合同,未来龙飞船至少为NASA执行12次无人飞行任务,并为太空站运送补给物资。

如此一来,“猎鹰重型”火箭路在何方呢?

SpaceX公司表示,超重猎鹰火箭和星舰飞船都是完全可重复使用的。两种航天器均都配置采用甲烷燃料的猛禽发动机。据悉,超重猎鹰火箭在将星星舰飞船送入太空后,将返回地球垂直降落。SpaceX还表示,搭载猛禽发动机的星舰飞船能够“以比目前猎鹰火箭更低的单次发射成本”将卫星送入轨道。

“龙实验室”/“猎鹰”9火箭的首次飞行预计于2009年6月从卡纳维拉尔角升空,2010年前还将进行两次飞行,并与国际空间站完成对接。

龙飞船的试飞,可谓意义深远。自美国航天飞机2011年退役后,美国就失去了自主的载人航天能力,龙飞船的试飞成功,标志着美国在时隔8年后,再次拥有的天地运输能力,重新回到第一梯队。

“新宠”出现 进展顺利

星舰飞船还可以将宇航员送往空间站、月球和火星。当SpaceX为星舰飞船增加空间燃料补给能力后,其能向月球或火星表面运送多达100吨的有效载荷,或者运载100人进行长时间星际旅行。马斯克表示,星舰飞船还可以将围绕地球的洲际飞行从数个小时缩短到几分钟。

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在本次电话会议上,马斯克说:“我们内部已经决定,将把未来的研制重点放在BFR上。”

根据SpaceX公司最新公布的数据,超重猎鹰火箭和星舰飞船的总高度预计将接近118米,直径约9米。

多年以来,美国向国际空间站运送人员和货物,均需要购买俄罗斯的载人航天服务。为此,美国需要为每个太空座位,花费8000多万美元。据了解,龙飞船可搭载7人,而俄罗斯的联盟号飞船和中国的神州飞船,座位数均为3个。龙飞船的座位数和当年的航天飞机旗鼓相当,又因为美国自我研制,可以想见,每个太空座位相较于俄罗斯的服务,便宜将不是一点两点。

2016年9月,马斯克在墨西哥举办的国际宇航大会上首次对外介绍了BFR项目。一年后,他又公布了该系统修改后的方案。按照设计,这一火箭将能把重达150吨的有效载荷送入近地轨道,并能将人送往月球和火星。

马斯克表示,超重猎鹰火箭将搭载大约37部猛禽发动机,而星舰飞船将使用6部猛禽发动机执行深空飞行任务。其中3部发动机用于星舰飞船在大气层中飞行,另外3部发动机的喷嘴更大,专门为太空飞行进行了优化。

现如今太空产业的蓬勃发展,得益于2009年,奥巴马决定鼓励美国民营企业进军太空市场,推动太空活动商业化,进而有了NASA和SpaceX的合作。随后,各私人航空航天公司如雨后春笋般冒了出来,形成了国家力量和私人公司共同开发的新局面。

但此后,SpaceX公司极少透露BFR项目的相关情况。马斯克表示,该火箭的研发取得了不错进展,被称为“宇宙飞船”的BFR上面级,有望明年进行“短时飞行”。但他也承认,这一时间表是“愿望性的”。

日本亿万富翁前泽友作去年宣布,他计划最早在2023年搭乘SpaceX的新一代宇宙飞船进行绕月飞行。马斯克曾表示,他希望星舰飞船能在2022年首次飞往火星,2024年实现载人火星之旅。

在未来,天地运输的成本将进一步降低。目前,另一家太空技术公司维珍航空已经开始预售太空旅行的船票,一张票25万美元。而亚马逊创始人贝索斯的蓝色起源公司也开展了太空旅游服务。而他们的飞船,均可以提供6个座位。据某投资人表示,近地轨道的太空旅行的成本,预计到2030年左右会降到3万美元左右,这样的价位,相信对很大一部分人来说,都具有吸引力了。

马斯克强调称:“我们基本已搁置了用‘猎鹰重型’火箭来发射载人‘龙’飞船的计划,以集中精力进行BFR项目。BFR的研制工作似乎进展很快,所以没有必要让‘猎鹰重型’火箭达到载人飞行水准。”

本周,南德克萨斯州的技术人员为测试版的银色“星舰飞船”安装了气动翼片,周五技术人员用起重机还将星舰飞船鼻锥吊起。马斯克在Twitter上发布了这艘星舰飞船的照片,其中三部猛禽发动机以三角形布局安装在飞船基座上,与航天飞机的主发动机布局类似。人想起航天飞机的主发动机。

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中国航天科工二院研究员杨宇光博士向科技日报记者介绍,BFR是马斯克在2016/2017年国际宇航大会上提出的火星移民方案的关键。这种火箭采用两级设计,第二级同时作为乘组的飞船或货运飞船。

目前,SpaceX将在德克萨斯州博卡奇卡建造的测试航天器命名为星舰飞船Mk. 1,而佛罗里达州科克市组装的被命名为星舰飞船Mk. 2。而两个团队正在进行互相竞争。

而这,仅仅是开始,今年1月,马斯克在自己的微博上,晒出了SpaceX目前正在德克萨斯州博卡奇卡发射基地组装的星际飞船测试版的概念图,该飞船被命名为starship——星际飞船,即可实现星球之间旅行的宇宙飞船。

据悉,BFR高106米、直径为9米,配备31台猛禽发动机;其上的星际飞船有40个载人舱,每舱能容纳3人,这样一次发射就能运送120人,因此,可大规模开展火星殖民。

马斯克表示,随着鼻锥安装完成,星舰飞船原型将高达80米,重约200吨。而满载燃料的星际飞船Mk. 1将重达1400吨左右。

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当然,在这次电话会议上,马斯克也并未完全排除让“猎鹰重型”火箭载人的可能性,但称只有BFR研发出现推迟才会这样做。他说,这要看BFR的研制进展情况:若耗时长于预期,公司会重新考虑让“猎鹰重型”火箭送载人“龙”飞船进行绕月飞行,并有可能考虑用其执行其他载人任务。

马斯克表示,测试航天器是基于SpaceX的“轨道级星舰飞船设计”。

在去年的国际宇航大会上,马斯克就发布过一款大推力火箭,名叫Big Falcon Rocket,简称BFR,意为“大猎鹰火箭”,命名真是简单粗暴。本次推特上所说的starship其实是BFR的上面那一级,而下面的火箭助推器叫做Super Heavy——超级重型,BFR并不过去火箭和飞船系统的放大版,而是更像火箭和飞船的融合体,仅上面的starship那一级,就可以实现地月飞行,加上super Heavy,可以实现地球——火星的飞行,以及更远的太空飞行。

技术难题或未攻克

SpaceX公司将开始对测试版星舰飞船展开亚轨道飞行试验,以展示火箭的结构强度、猛禽发动机的性能以及在起飞和降落过程中的可控性。

BFR系统将取代SpaceX的支柱火箭——猎鹰9号。SpaceX公司每发射一枚猎鹰9号火箭收费约6200万美元,这枚火箭可以将重达25吨的有效载荷送入近地轨道。而马斯克预测,同样大小的有效载荷,starship的成本将“至少便宜90%”。同时,BFR一次可以搭载100名乘客,或者100吨货物,折算下来,每名乘客去火星的费用,将降至50万美元,甚至是10万美元。

马斯克的最新决定让“吃瓜群众”大吃一惊。要知道,SpaceX曾对“猎鹰重型”火箭载人飞行满怀期待,寄予厚望。

8月27日,搭载单台猛禽发动机的缩小版星际飞船“星虫”完成了一次升空150米的试飞测试。9月9日,SpaceX向美国联邦通信委员会提交了一份申请,要求授权其运营遥测站,从而为最早可能在下个月进行星舰飞船Mk. 1飞行测试提供支持,飞行高度最高可达20公里。

我们可以看到,航天航空产业的主导者将不再只有国家力量,未来,更多的民营航天技术公司也将参与其中,无数像马斯克一样有着远大梦想的企业家,也将投身到无限前景的太空产业当中。在不久的未来,以BFR为代表的火箭发射成功,将成为人类历史的一个重大节点,届时大航天的时代,将真正向我们全体人类走来。

不到一年前,SpaceX曾宣布,最早今年底,将用“猎鹰重型”火箭让一艘载有两名付费乘客的“龙”飞船进行绕月飞行,之后返回地球。但此后该公司一直未正式透露这项任务的任何新动向,包括两位乘客的身份。

按照测试计划,星舰飞船将降落在靠近博卡奇卡发射台的一个地点,用六条腿着陆返回地面。随后星舰飞船Mk.1将在德克萨斯州进行更高更快的测试,而星舰飞船Mk.2也将在佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心的39A发射台进行测试。

杨宇光对马斯克关于“猎鹰重型”火箭或不再执行载人飞行任务这一最新决定并不吃惊。

马斯克表示,一旦SpaceX公司对星舰飞船进行了首次大气测试飞行,“不久后”就可能尝试进行轨道发射。

他解释说:“27台发动机并联是这次发射本身最大的挑战,这样的设计可靠性不可能很高,前苏联30台发动机并联的N-1火箭4次发射全部失败,已经说明了这个问题,单次发射成功并不代表解决了这个技术难题,而载人的运载火箭对可靠性要求极为严格,有可能‘猎鹰重型’根本就做不到。而且,如此多发动机同时使用,测试和集成过程中的工作量很大很复杂,是否能够降低成本还很难说。”

马斯克没有详细说明SpaceX计划如何让测试版星舰飞船进入轨道,也没有透露SpaceX最终将在哪里建造超重猎鹰火箭。今年5月份,马斯克曾表示,从理论上讲测试版星舰飞船可以在没有超重猎鹰火箭帮助的情况下自行抵达地球轨道。但所携带推进剂不足以让飞船搭载隔热罩并重返大气层完成着陆。

杨宇光进一步指出,芯级回收的难度和能量损失都过大,其实得不偿失。最新消息显示,尽管“猎鹰重型”火箭发射成功,但芯级火箭按计划接近大西洋上的无人海上平台试图着陆时,因出现故障坠海,回收失败。

今年5月,美国联邦航空管理局更新了SpaceX博卡奇卡发射场的环境影响声明。声明显示,该公司计划进行为期两到三年的星舰飞船测试计划,最初为燃料测试、静态点火测试和低空飞行开始。最终测试将是星舰飞船在距地大约100公里的高度飞行。飞船将在太空边缘进行翻转机动,然后进入大气层在博卡奇卡着陆。

市场萎缩 需“另谋出路”

与此同时,NASA肯尼迪航天中心的施工已经开始,星际飞船Mk.2的测试飞行建造一个新的发射台。

尽管此次发射取得成功,但鉴于诸多因素影响,“猎鹰重型”火箭的应用前景并不明朗。

SpaceX表示,它将继续发射猎鹰9号、重型猎鹰重型火箭以及“龙”飞船,同时工程师们将继续推进星舰飞船和超重猎鹰火箭的研制工作。

首先,大型商业卫星的发射需求近年来有所减少,此外,地球同步通信卫星订单的下滑尤为严重。由于升级改进,“猎鹰9”号火箭的运载能力已有了提高,可以携带更重的卫星,尤其是火箭以可扩展模式飞行时,但其到底有多大市场还很难说。

SpaceX也在使用目前运营的航天器进行星舰飞船的设计测试。8月27日,一艘“龙”飞船带着为星舰飞船设计的隔热片重返大气层。

当然,“猎鹰重型”是SpaceX的心血之作,公司当然希望物尽其用,SpaceX为其找到的一个潜在市场是,大型国家安全有效载荷发射任务。

公司飞行可靠性主管Hans Koenigsmann 表示,“我觉得让一个非常健康的公司一边保持可靠设备的运行,一边开发新一代运载火箭,能够有效降低发射成本并提高可重复性。”

在本次首飞任务中,火箭第二级在入轨后和最后一次点火前进行了6个小时的滑行,以便将一辆特斯拉汽车送入逃离地球的轨道。马斯克说,这是对直接将有效载荷送入静地轨道任务进行模拟,直接送入静地轨道正是美国空军和美国国家侦察局某些有效载荷的要求。

马斯克说,SpaceX公司的生产能力可以满足“猎鹰重型”火箭发射任务的要求,因为该火箭只有中央芯需专门研制,两台侧装助推器基本上同“猎鹰9”号第一级一样,只要在顶部加装鼻锥就行。

不管其未来应用于哪些方面,杨宇光强调说:“‘猎鹰重型’火箭更大的意义在于,它使人类获得了继‘土星5号’和‘能源’号之后又一种重型运载火箭,可以发射更大更重的深空探测器,或者更快地发射深空探测器,也可发射载荷到地月转移轨道用于技术验证。”

(科技日报北京2月7日电)

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