SpaceX回收火箭再发射重头戏将上演，中国专家为你揭秘
20.07.2016 21:12
本文来源: 科学技术委员会
题图说明：当地时间2016年4月8日，美国佛罗里达州，美国民营太空探索科技公司SpaceX的猎鹰9号运载火箭，载“龙”货运飞船，自卡纳维尔角发射升空。
“考虑到目前猎鹰9火箭已经是国际发射市场上最便宜的火箭，单位载荷发射费用比市场均价便宜25%，如果其采用的垂直起降重复使用技术成熟后，完全可实现发射费用大幅降低，其价格优势是其它主力运载火箭无法抗衡的，在商业发射市场上将没有竞争对手。”
在连续数次海上回收成功之后，美国太空探索技术公司（SpaceX）开始着手回收火箭计划的重头戏——再发射。SpaceX已经确认将于今年9月或10月再次发射回收的“猎鹰9号”火箭。再发射需要克服哪些技术上的难点？SpaceX此举的意义何在？解放日报·上海观察记者采访了中国航天科技集团公司第八研究院专家徐大富。
解放日报·上海观察记者：已经回收的火箭在技术上可以实现再发射吗？
徐大富：技术上可以实现。美国另一家私营航天公司蓝色起源，2015年11月份完成亚轨道飞行后箭体的回收，2016年对回收箭体进行了三次再发射，率先实现同一箭体发射到“卡门线”（100km）高度回收后再次复用。
SpaceX的猎鹰9火箭一子级规模、飞行高度和速度比蓝色起源的都要大，飞行环境更为恶劣，但是相信SpaceX经过近期的技术攻关，今年秋季实现回收箭体再次发射的概率很大。
解放日报·上海观察记者：再发射需要克服哪些技术上的难点？
徐大富：再次发射主要的技术难点是箭体回收后的健康检测、更换与维护、剩余寿命预估、发射前状态确认等流程，涉及数据采集、故障诊断与控制、智能减损和寿命评估等相关技术。
具体来说，对于箭体的结构、电气、动力等主要系统需要进行全面的健康检测与评估。结构主要包括箭体各舱段、贮箱等承力结构以及热防护结构，返回后箭体结构健康检测包括自动检测和人工无损探伤检测。电气系统主要包含控制系统的惯性元件、各类传感器、执行机构、供配电及电缆总线等，检测主要通过加电测试进行，连接地面测试网络与箭体的箭地接口，向箭上供电，进行综合检查测试，对电气单机工作性能和寿命进行预测分析，对出现故障的元件或单机进行及时更换维修。动力系统包括发动机、管路、阀门以及增压气瓶。理想的检测方法是通过综合健康管理系统进行，基于飞行中传感器测量到的流量、温度、压力、转速等状态参数，利用专家库对动力系统健康状态进行评估分析。
目前SpaceX采用将发动机拆卸下来进行点火测试的方法进行状态确认，耗费时间较长，积累足够数据和经验后将会采用更为便捷的无拆卸智能检测手段。
解放日报·上海观察记者：SpaceX此举的意义何在？
徐大富：箭体回收只是重复使用的第一步，回收后能进行再次发射、最终实现日常化发射才能证明真正攻克重复使用技术。
解放日报·上海观察记者：如果具备“再发射”这一实力将带来什么效应？
徐大富：SpaceX具备这一实力，就有可能实现该公司宣称的大幅降低发射费用的目标。该公司副总裁Shotwell宣称一子级回收复用初期目标是降低30%发射费用，多次复用后达到降低60%以上。考虑到目前猎鹰9火箭已经是国际发射市场上最便宜的火箭，单位载荷发射费用比市场均价便宜25%，如果其采用的垂直起降重复使用技术成熟后，完全可实现发射费用大幅降低，其价格优势是其它主力运载火箭无法抗衡的，在商业发射市场上将没有竞争对手。
另外，回收复用会提高发射响应能力，一次性箭体生产加工需要几个月，回收箭体省去了加工时间，缩短了任务准备周期。
解放日报·上海观察记者：接下来，他们还会有什么其他动作吗？
徐大富：由于重复使用技术的难度巨大，要实现重复使用降低成本这一目标，SpaceX还有相当多的工作要做。虽然陆地回收和海上平台回收都获得了成功，整体上回收成功率还是偏低，有待进一步提高可靠性。再次发射即将进行，但是健康检测周期仍然偏长，后续要实现快速复用才更有意义。
因此，我推测SpaceX会在两方面加大研究力度，一是加快液氧甲烷发动机研制进度；二是智能快速健康检测与放行准则研究。目前其采用液氧煤油发动机，存在结焦和积碳问题，发动机回收后需要拆卸和清洗，然后单独点火测试，耗费时间长，对发射周期与成本造成较大影响，而采用液氧甲烷推进剂则具有较好的重复使用性能，有消息称该公司的液氧甲烷发动机已经在研制。
另外，箭体回收后只需经过简单维修和加注燃料就能再次使用是降低成本、提高快速响应能力的关键，但现有手段主要通过拆卸箭上产品进行逐个检测和试验，出现故障主要通过依靠人力进行分析定位，为了复现问题需要做大量的重复试验，对发射周期与成本造成不利影响。SpaceX可能将进行智能快速健康检测与放行准则研究，使用快速复测手段，对健康状态和预期寿命进行自动评估分析，及时维修或更换出现故障或寿命预期较低的部件。（作者 黄海华） 【来源】上海观察
本文来源: 科学技术委员会
20.07.2016 21:12