SpaceX复飞圆满成功,英雄归来再剑指星辰大海! | 快讯

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北京时间2017年1月15日1点55分,SpaceX在范登堡空军基地成功地用

猎鹰9号火箭以一箭十星的方式,将铱星公司的二代铱星的首批10颗卫星送入LEO近地轨道,并实现了一级火箭海上回收。这是在时隔4个多月之后,SpaceX公司的首次发射。

 

犹记得去年9月1号的那次爆炸,不仅毁了Facebook的首颗卫星,造成2亿美元的重大损失,更关键的是那次事故彻底打乱了SpaceX公司的发射计划,就像这次铱星的发射任务本来就是定于去年九月份执行的

而且在此之前,这十颗卫星已经由法国Thales Alenia Space公司制造完成,就是因为突发事故导致发射延期。

 

鉴于上次事故的严重性,以及SpaceX公司曾有多次发射失败的经历,美国联邦航空管理局(FAA)在此次发射之前对SpaceX进行了严格的审查,包括对上次事故调查报告的复查,及对这次范登堡空军基地发射场的申请的批复。

凑巧的是,此次发射许可证是在1月6日,即SpaceX完成猎鹰9号静态点火实验后的第二天批下来的,这似乎也预示着接下来发射任务的成功。

但天公不作美,就在所有的系统都已准备就绪时,多云的天气使得发射一再推迟,最终定在了今天并成功发射。

 

除了天气之外,对于此次复飞最关键的就是得到了FAA的批准,而FAA也并非一时头脑发热,他们完全是依据SpaceX对于9月份爆炸事故所做出的详尽的调查报告,由于问题十分复杂,也就导致整个调查耗费了大量的时间,进而也延缓了FAA的审查进程。

 

事故原因探究

 

首先,发生爆炸的第二级火箭用的是液氧和液氢作为推进剂,而从之前的报告也能知道,爆炸点在液氧贮藏室附近。

众所周知,猎鹰9号火箭处在不断地升级之中,为了达到效率最大化,他们往往会采用一些大胆而疯狂的设计。就像在这次任务中,SpaceX的工程师们突发奇想的选用了任何人都不曾尝试过的新型燃料来增强其效率,但这也直接导致了爆炸事故的发生。

 

猎鹰9号所使用的是一种高密度燃料,其运用的也是最为简单的热胀冷缩原理。

在通常情况下火箭的推进剂需要在极短的时间内就全部燃烧掉,所以液氧储藏方式是将其温度保持在沸点储藏,而上次失败的任务中的猎鹰9号则将液氧的贮藏温度设置到了冰点附近,这样一来的好处是燃料的密度可以增加大概10%左右,进而整个火箭的发射效率也会随之提高很多。

 发生爆炸的二级火箭内部图

但也就是因为这两种不同的燃料存储方式,使得整个火箭的发射节奏都会变得完全不一样。猎鹰9号这种接近冰点的储藏方式所要求的是火箭必须尽快起飞。因为随着温度的上升,燃料的体积会迅速变大,也就会对油箱产生了更大的压力。

而在通常的储藏方式下,液氧在沸点下可以储藏很长一段时间。虽然在沸点温度下液氧会不断挥发,但是在火箭发射前一直进行燃料补给就好了。这也是为什么我们会看到很多火箭发射的时候,连在火箭上的管子最后才与火箭分离。

而为了在火箭喷射时能加大油压,氦气则一直是工程师们最喜欢用的气体。由于氦气非常稳定,所以用氦气为燃料加压就变成了不二之选。而在猎鹰9号里面,氦气罐是放在液氧储箱里的。这样设置是因为SpaceX希望氦气罐借由液氧的超低温,也可以增加密度,储藏更多的氦气。

 

储藏氦气的气罐一般是用完全不可渗透的材料做成的,通常情况下使用铝。但是铝并不能够存储压力如此之大的氦气,所以在外层会在加一层碳纤维或者其他合成物来帮助内侧的铝存储高压的氦气,这通常被称为“复合材料压力容器”。(Composite Overwrapped Pressure Vessel,COPV)

 

标准COPV

那么问题究竟出在哪里呢?

问题就是出在了这个接近冰点的液氧和氦气罐(COPV)外面包裹的混合物了。这个混合物和铝的性质不太一样,它是有可渗透性的。而由于氦气温度更低,所以接近冰点的液氧渗透到这个混合中就真的凝固了,导致整个混合物的小缝隙中的液氧结冰,变成了固体氧。

紧接着,在往氦气罐里面添加氦气的时候,整个氦气罐压力增大,外侧的由于结冰无法承受氦气所带来的压力。结果就可想而知了,破裂、摩擦、高压、液氧,这几个元素在一起肯定接下来的就是爆炸了。

 

这些细节的问题使得SpaceX花了这么长的时间才发现,但是解决这个问题会有困难吗?这个问题还会在发生吗?

 “嗯,不会出问题啦!”

短期来讲这个问题不会再存在的。因为SpaceX宣布,短期来讲猎鹰9号会使用温度更高的氦气罐。这样一来,虽然氦气的密度会大幅下降,但是它可以保证外侧的混合物不再凝固。长期来讲,SpaceX会继续更改氦气罐(COPV)的设计,希望将来这种高效的、低温氦气和液氧的组合在安全性上也会更高一些。

 

 

铱星公司解密

 

不出意料的是,在完成卫星入轨部署之后,SpaceX还将在第一级火箭分离后尝试让它在太平洋上的海上平台上返回着陆,当然这就是后话了。不过,除了介绍完SpaceX之后,我们还有必要了解一下这家“力挺”马斯克的铱星公司,毕竟他们的订单更像是一种默默的支持。

 

二十年前,作为摩托罗拉公司下属的世界上最知名的卫星电话公司,铱星公司曾耗资50亿美元向780公里高的地球极轨道发射了66颗铱星卫星,试图建立起一个全球卫星通讯系统。

因为最初设想的是发射77颗铱星,正好和金属铱原子的原子数相当,所以该系统被称作铱星。但实际操作过程中发现在30度夹角的6个轨道面每个轨道面运行11颗卫星,也就是总共66颗卫星就已经足够了。

铱星电话的设计目标是信号可以覆盖全球98%以上的地区,也就是说无论在非洲撒哈拉大沙漠还是南北极都可以拨打卫星电话。但想法总是美好的,实际通话中高达每分钟6美元费用使得用户望而却步,到1999年,铱星公司也无奈宣布破产。

 在户外使用铱星卫星电话

后来铱星公司经过整合,确立了新的市场定位和价格战略,将重点服务对象转向新闻媒体、科考探险和军方,最终成功实现了盈利。在市场得到拓展的情况下,之前发射的铱星却已经逐渐老化失控,所以铱星公司急于发射新研制的“下一代铱星卫星星座”,也就是SpaceX此次所执行的任务。

 

这次发射的“第二代铱星”一共有72颗卫星,其中正式运行的是66颗,6颗做备份,另有9颗在地面待命,以备不时之需,一旦有情况就发射升空。

 

按照计划,铱星公司的“下一代铱星卫星星座”的全部卫星将搭乘猎鹰9号运载火箭,在未来的一年半里经过七次发射全部入轨,用以接替上一代铱星网络,这就需要每次发射猎鹰9号都至少要携带9-10颗卫星。

 下一代铱星卫星星座

下一代铱星卫星星座”和它的“前辈”相比体积更大、功能更强,由于提高了数据传输速率,所以它们可以对飞机和船舶进行实时跟踪。一旦“第二代铱星卫星星座”投入运作它们将可以全天候跟踪全球所有的航班,这对于合理规划飞机飞行路线、减少空难的发生有着显著的作用。

今年的展望

由于SpaceX的商业载人项目已推迟到了2018年,所以在今年看到载人“龙飞船”的可能性已经不大。不过,在2017年,关于这家传奇般的太空探索公司,仍然是有几件大事是可以值得期待的。

“二手火箭”首飞

在9月份的事故发生前,SpaceX的目标是在2016年结束之前发射一枚回收的火箭。该公司的一名高管透露了他们预计在2017年初实现这一目标。

2016年SpaceX 的确多次实现一级火箭海上回收,但是如果这些火箭不能被迅速的翻新并重新发射,可重复使用的火箭终归是一场梦。

不过鉴于航天飞机维护的高昂成本使得重复使用显得有些得不偿失。SpaceX就对于被回收的火箭表现的十分谨慎,从未给出翻新猎鹰9号第一级火箭所需要的工作量。

但是,SpaceX已经拿下至少一名接受翻新火箭的客户,只要成功发射一次就能证明此举可行。毕竟SpaceX的未来利益以及其殖民火星的计划全部依赖着对火箭的反复使用。

发射重型猎鹰火箭

有关SpaceX发射重型猎鹰火箭的消息已经有很多年了,但是直至今日我们也没有见过重型猎鹰的影子。不过,围绕着这款大型运载火箭的开发一直都没有停过。

据报道,SpaceX曾经在德克萨斯州的麦格雷戈(McGregor)进行火箭测验,而在卡纳维拉尔角为重型猎鹰准备的发射设施39A也在加紧施工中。

一名公司高管曾透露,SpaceX计划将在2017年初至年中进行重型猎鹰的首飞。届时,拥有3枚猎鹰9号的重型猎鹰火箭将成为世界上威力最强大的运载火箭。其54吨低地轨道运载能力是目前世上最大运载火箭的两倍。

当然,这一切还仍未成为现实。而SpaceX的不断拖延也已经开始伤害到他们的业务发展了。在去年12月,国际海事卫星组织 (Inmarsat) 就宣布他们将把2017年中的一个大型通信卫星发射任务从SpaceX转给欧盟的阿丽亚娜-5运载火箭。

所以,重型猎鹰火箭对于SpaceX的发展显得十分重要。不但可以增加其在发射市场上的竞争力,也可以展示这家私人公司已经开启了一个新的时代——毕竟之前只有超级大国才玩得起重型火箭。

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