馬斯克又整幺蛾子:做個(gè)大氣球,把火箭收回來(lái)?
馬斯克又整幺蛾子:做個(gè)大氣球,把火箭收回來(lái)?還記得重型獵鷹首飛時(shí),兩枚助推火箭并肩著陸的場(chǎng)景嗎?這幅畫面不知讓多少人驚呼,科幻已經(jīng)走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。就在幾年之前,當(dāng)伊隆·馬斯克首次提出要回收火箭重復(fù)使用時(shí),幾乎沒(méi)人相信他能做到這一點(diǎn)。但現(xiàn)在,馬斯克又有了新的想法,這次他要嘗試回收火箭的上面級(jí)。4月15日,他賣著關(guān)子透露了這樣的消息:“這聽(tīng)起來(lái)會(huì)很瘋狂,但…… SpaceX將嘗試用一個(gè)巨型派對(duì)氣球,把處于軌道速度的火箭上面級(jí)帶回來(lái)?!?/p>
這是SpaceX首次暗示,他們可能要嘗試回收上面級(jí)。
不過(guò)對(duì)于馬斯克的這次創(chuàng)意,大家似乎認(rèn)真了許多:畢竟,一級(jí)火箭的回收和重復(fù)利用,如今已經(jīng)成為了SpaceX發(fā)射任務(wù)的一種常態(tài)。
火箭上面級(jí):通常指火箭的第二級(jí)或第三極,是多級(jí)火箭的第一級(jí)以上的部分。
回收火箭,關(guān)鍵得減速
網(wǎng)友們紛紛提問(wèn),SpaceX到底會(huì)怎么做?他提到的“巨型派對(duì)氣球”又會(huì)是什么?馬斯克還沒(méi)有回應(yīng),但他的一位粉絲有話要說(shuō)。
美國(guó)馬里蘭大學(xué)工程學(xué)院的學(xué)生奎因·庫(kù)佩克(Quinn Kupec)在推特中評(píng)論道:“如果你說(shuō)的和我想的一樣,這是一個(gè)超低彈道進(jìn)入系數(shù)減速器的話,你應(yīng)該來(lái)馬里蘭大學(xué)看看。我們一直在做這方面的研究,剛剛結(jié)束了一些測(cè)試?!?/p>
彈道系數(shù):用來(lái)衡量航天器在飛行過(guò)程中克服空氣阻力的能力的方法。彈道系數(shù)較高,意味著重返大氣層的航天器減速較慢,到達(dá)地面時(shí)速度依然較快。
一個(gè)超低彈道進(jìn)入系數(shù)減速器,可以幫助航天器迅速減速,在到達(dá)地面之前就降到音速以下。
重返大氣層時(shí),如果高速進(jìn)入稠密天氣,航天器將承受巨大的熱量。
圖為ATV-5貨運(yùn)飛船重返大氣層被燒毀的示意圖。
這樣看來(lái),火箭上面級(jí)如果可以低速重返(再入)大氣層,是更合適的,因?yàn)檫@樣可以減少熱量的產(chǎn)生。但據(jù)學(xué)生庫(kù)佩克說(shuō),SpaceX還有另一個(gè)問(wèn)題需要解決。
“降低速度后又會(huì)發(fā)生什么?假設(shè)再入的火箭上面級(jí)的重心明顯落后于它的空氣阻力中心(這是很可能出現(xiàn)的情況),那上面級(jí)就會(huì)變得不穩(wěn)定。如果重心過(guò)高,再入的火箭甚至可能翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái),這就糟了?!?/p>
所以,訣竅是,把再入的火箭上面級(jí)的速度降低到到某個(gè)特定值以下,使其在下落過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)損害火箭。
對(duì)于已經(jīng)達(dá)到軌道速度的火箭上面級(jí)來(lái)說(shuō),這是一個(gè)必須克服的障礙。
對(duì)此,庫(kù)佩克表示:“我的研究主要集中在如何提高重心,同時(shí)仍然維持恰當(dāng)?shù)娘w行姿態(tài)?!?/p>
巨型派對(duì)氣球是減速器?
那Space X 的馬斯克所說(shuō)的“巨型派對(duì)氣球”又是什么呢?
他可能是指“氣球減速傘”(ballute),一個(gè)氣球和降落傘的結(jié)合體,它可以幫助航天器減速,并在下落過(guò)程中保持穩(wěn)定。
馬里蘭大學(xué)教授戴維·埃金(David Akin)對(duì)再入系統(tǒng)的研究已超過(guò)20年,他表示,“此前就有人提出過(guò)這樣的概念(氣球減速傘),在航天器返回時(shí)釋放一個(gè)巨型氣球,并通過(guò)線纜拖在身后。氣球能夠降低彈道系數(shù),使航天器在更高的大氣層中減速,降低所受到的熱負(fù)荷?!?/p>
所以,再入火箭需要在接近地表之前就降低速度,因?yàn)樵娇拷乇?,大氣層就越厚,產(chǎn)生熱量就越高。
“這并非易事?!?埃金教授認(rèn)為,“要達(dá)到馬斯克的目標(biāo),即彈道系數(shù)降低兩個(gè)數(shù)量級(jí),氣球的直徑就必須達(dá)到36米以上,還要由耐高溫織物制成。”
不過(guò)馬斯克一向不是個(gè)會(huì)回避困難的人。而有埃金教授和庫(kù)佩克這樣的人正在進(jìn)行研究,SpaceX就不需要從頭做起了。
并且在航天歷史上,曾有過(guò)使用氣球幫助航天器返回的先例。2000年2月,俄羅斯在其佛蓋特上面級(jí)上配備了可充氣的再入及降落裝置,可上面級(jí)在落回地面時(shí)恰逢一場(chǎng)暴風(fēng)雪,從此再也沒(méi)有被找到。
但是,SpaceX 仍有許多工作要做。
火箭回收,志在太空垃圾
SpaceX 回收火箭上面級(jí)不只是為了降低發(fā)射成本,還有助于解決太空垃圾的問(wèn)題。
2009年銥星33號(hào)與俄羅斯預(yù)兆2251號(hào)碰撞后產(chǎn)生的碎片,其軌道幾乎包裹地球。來(lái)源:stuffin.space
據(jù)歐洲航天局估計(jì),目前已有超過(guò)29000塊太空垃圾圍繞著地球,其中一些就來(lái)自于火箭的上面級(jí)。
這些垃圾已經(jīng)造成了一些碰撞和事故,一些衛(wèi)星因此被推入不同的軌道。2009年,33號(hào)銥星與退役的俄羅斯宇宙2251通信衛(wèi)星發(fā)生碰撞,兩枚衛(wèi)星全部損壞。
如果SpaceX能夠開(kāi)發(fā)出一種回收上面級(jí)的方法,就可以降低潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。
俄羅斯在佛蓋特火箭上面級(jí)上曾經(jīng)測(cè)試過(guò)的可充氣再入及降落裝置,左為未充氣的狀態(tài),右為充氣后的狀態(tài)。
不過(guò),對(duì)于回收火箭的創(chuàng)意仍有未解之謎:馬斯克在 “巨型派對(duì)氣球”那條推特,即 “……把處于軌道速度的火箭上面級(jí)帶回來(lái)”的后面,又補(bǔ)了一句,“把它降落在一張彈性蹦床上”。不過(guò),至于這句話是什么意思,目前還沒(méi)有人作出解釋。
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