-
如何正確地“黑”SpaceX(二):從獵鷹1號(hào)到獵鷹9號(hào)
關(guān)鍵字: ULA店大欺客航天商業(yè)化得益于扁平化管理、互聯(lián)網(wǎng)基因,加之NASA全力支持,提供了大量設(shè)備、設(shè)施和智力支援,SpaceX長(zhǎng)期保持著研發(fā)、生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)的精干高效,公司曾經(jīng)多年維持在數(shù)百人規(guī)模,2012年才擴(kuò)張到千人,在有效控制人力成本的同時(shí)、保證了研發(fā)工作的高效率,“獵鷹9”火箭從方案論證到首飛,僅用了四年半時(shí)間。
根據(jù)推算火箭入軌速度的齊奧爾科夫斯基公式:火箭最終速度 = 發(fā)動(dòng)機(jī)噴出推進(jìn)工質(zhì)(比沖) × ln(火箭總質(zhì)量/火箭末質(zhì)量)。決定火箭的最終速度的參數(shù)中,比沖數(shù)值的好壞由發(fā)動(dòng)機(jī)的性質(zhì)所決定。根據(jù)物理常識(shí),一種燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量越高,則其比沖就越大。也因?yàn)檫@個(gè)原因,煤油發(fā)動(dòng)機(jī)雖然擁有使用成本低、安全性好、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn),但是其能量密度遠(yuǎn)不及液氫,故煤油發(fā)動(dòng)機(jī)比沖性能遠(yuǎn)無(wú)法與氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)相比擬。煤油引擎的真空理論極限值比不會(huì)超過(guò)390s,實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的應(yīng)當(dāng)不超過(guò)350s。
既然梅林1即便發(fā)展到D型也只是個(gè)半吊子貨,再加上煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的先天不足問(wèn)題,那么想要提高火箭的性能,剩下的唯一選擇就唯有提高箭體的干質(zhì)比。換而言之,就是在保證必要的強(qiáng)度前提下,盡可能多地減輕箭體自重。
最終,我們看到的Falcon 9(獵鷹9)就成了這樣一支在減重上達(dá)到了全世界第一的“怪物”——全箭貯箱廣泛使用加拿大鋁業(yè)公司【注釋?zhuān)涸摴居?008年與力拓公司合并,組成新的力拓加鋁公司,但對(duì)外仍以“加鋁”的老招牌名義進(jìn)行經(jīng)營(yíng)活動(dòng)】研制的Airware2198-T8鋁鋰合金制造,并采用了大膽的半氣球貯箱設(shè)計(jì)、氧化劑燃料槽共底設(shè)計(jì),整流罩和級(jí)間段則使用碳碳復(fù)合材料制造。
2010年12月8日,SpaceX公司的獵鷹9號(hào)火箭攜帶龍飼飛船,成功地進(jìn)行了首次演示飛行
此外,在具體的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)減重設(shè)計(jì)方面,SpaceX的一些措施堪稱(chēng)“極端”。例如,“獵鷹9”1.1版的級(jí)間段把分離機(jī)構(gòu)從1.0版的9個(gè)減到了前所未有的3個(gè)。而且,在驗(yàn)證了Airware2198-T8鋁鋰合金的可靠性后,更是進(jìn)一步把箭體的長(zhǎng)徑比放大到19。注意,這一長(zhǎng)徑比設(shè)計(jì)可謂驚世駭俗。根據(jù)中國(guó)航天系統(tǒng)多年積累的經(jīng)驗(yàn),增大長(zhǎng)徑比有利于降低火箭的飛行阻力、減輕箭體重量,但是同時(shí)造成箭體縱向剛度不足、容易發(fā)生震顫、進(jìn)而降低火箭的可靠性,所以長(zhǎng)徑需要以15為限制——火箭縱向剛度不足帶來(lái)的后果可能是災(zāi)難性的,要知道當(dāng)初“東風(fēng)2”導(dǎo)彈首飛試驗(yàn)時(shí),就是因?yàn)榭v向剛度不足、箭體發(fā)生震顫導(dǎo)致發(fā)射失敗,可謂有著“血的教訓(xùn)”。此外,減重的焦點(diǎn)也不僅僅集中在箭體上。梅林1系列引擎發(fā)展到D型時(shí),引擎重量已得到了徹底的精簡(jiǎn),推重比超過(guò)150,幾乎已是極限。
所以,我們可以毫不夸張第說(shuō),無(wú)論從哪方面看,當(dāng)獵鷹9號(hào)發(fā)展到了目前最新的最大推力版本(獵鷹9FT)的時(shí)候,SpaceX基本已經(jīng)榨干了現(xiàn)有材料的潛力、顛覆了一系列火箭設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式,甚至帶著一副“人有多大膽,地有多高產(chǎn)”的混勁來(lái)進(jìn)行“賭博”式的嘗試。
不過(guò)他們確實(shí)博對(duì)了,而由此帶來(lái)的好處也很明顯,F(xiàn)T版的獵鷹9號(hào)甚至做到了超過(guò)25的干質(zhì)比(與之對(duì)比,我國(guó)最新的長(zhǎng)征7號(hào)尚不足13,還有很大的潛力可以挖掘),箭體減重做到了極致。即便是有著梅林1D這個(gè)拖累,這枚火箭亦然具有較好的性能。
至此,有一個(gè)顯而易見(jiàn)的結(jié)論已經(jīng)躍然紙上:在經(jīng)歷過(guò)獵鷹1號(hào)時(shí)代的磕磕絆絆之后,SpaceX的新一代獵鷹9號(hào)火箭,是一款使用貨架產(chǎn)品結(jié)合成熟技術(shù),并在合理范圍內(nèi)大膽運(yùn)用新材料、新工藝,性能較好、成本控制非常成功的“經(jīng)濟(jì)適用性”火箭。
獵鷹9最大推力版本——基本已將現(xiàn)有箭體和發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力挖掘殆盡
然而SpaceX在整個(gè)2015年內(nèi)最吸引眼球的地方,并不是獵鷹9的技術(shù)成熟與價(jià)格低廉。而是自其v1.1版本投入使用后,持續(xù)推進(jìn)的關(guān)于火箭第一子級(jí)垂直回收的試驗(yàn)。
v1.1版獵鷹9號(hào),開(kāi)始在火箭第一子級(jí)的底部安裝有四個(gè)可展開(kāi)的支架,在頂端安裝有氣動(dòng)格柵控制面。在于上面級(jí)分離后采用剩余燃料與回收平臺(tái)匯合(或者返回發(fā)射場(chǎng)上空),并垂直降落的姿態(tài)進(jìn)行降落,以期實(shí)現(xiàn)第一級(jí)的整體回收。
自從第一級(jí)回收項(xiàng)目從2012年正式公布以來(lái),埃隆·馬斯克頻頻放話,聲稱(chēng)要憑借這個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)航天發(fā)射的“白菜化”——把單位質(zhì)量發(fā)射成本降低1/20,震驚世界。對(duì)此,外界褒貶不一,心悅誠(chéng)服、深信不疑者有之,半信半疑、謹(jǐn)慎觀望者有之,更有人嗤之以鼻、認(rèn)為這純屬嘴炮牛皮……那么,獵鷹9號(hào)真的能兌現(xiàn)埃隆·馬斯克的豪言,顛覆國(guó)際航天發(fā)射市場(chǎng)的格局么?
本文系觀察者網(wǎng)獨(dú)家稿件,文章內(nèi)容純屬作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表平臺(tái)觀點(diǎn),未經(jīng)授權(quán),不得轉(zhuǎn)載,否則將追究法律責(zé)任。關(guān)注觀察者網(wǎng)微信guanchacn,每日閱讀趣味文章。
- 原標(biāo)題:如何正確地“黑”SpaceX(二):從獵鷹1號(hào)到獵鷹9號(hào) 本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 請(qǐng)支持獨(dú)立網(wǎng)站,轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)注明本文鏈接:
- 責(zé)任編輯:荀越
-
政策突轉(zhuǎn),特朗普中東行大撒先進(jìn)AI芯片 評(píng)論 116“英美貿(mào)易協(xié)議這項(xiàng)‘毒丸’條款,中方狠批” 評(píng)論 145“不被特朗普唬住,中國(guó)打了個(gè)樣” 評(píng)論 125“顯然特朗普先退一步,雖尷尬但有用” 評(píng)論 79歐盟深吸一口氣:這也太荒謬了 評(píng)論 245最新聞 Hot
-
“中國(guó)在南美建巨型碼頭,確保替代美國(guó)糧食”
-
沙特對(duì)美投資6000億?“實(shí)際一半都不到”
-
印度還慶祝上了,全國(guó)大賀10天!
-
又降了:125%→54%→30%
-
政策突轉(zhuǎn),特朗普中東行大撒先進(jìn)AI芯片
-
跟著特朗普去中東推銷(xiāo)星鏈,馬斯克賺大發(fā)了?
-
美國(guó)特務(wù)們的“噩夢(mèng)”…
-
“好萊塢都是騙人的,真后悔…”
-
歐盟:中美邁出正確一步,但…
-
“英美貿(mào)易協(xié)議這項(xiàng)‘毒丸’條款,中方狠批”
-
眼瞅著中美談成了,日本心里急啊…
-
日本:民間飛機(jī)別在釣魚(yú)島飛了,不要“刺激中國(guó)”
-
特朗普宣布解除對(duì)敘利亞制裁:祝好運(yùn)
-
“不夠啊,巴西還是比美國(guó)有優(yōu)勢(shì)”
-
特朗普喊話鮑威爾:像歐洲、中國(guó)那樣降息
-
被戳痛點(diǎn),印方火速打臉特朗普
快訊- 日產(chǎn)2024財(cái)年凈虧損超300億元,CEO警告需“背水一戰(zhàn)”
- 一日本男子因間諜罪被判12年,外交部介紹情況
- 巴基斯坦駐華大使:對(duì)中方為?;鸫俸退鞯奈有Ρ硎举澷p
- “好房子”遇上穩(wěn)預(yù)期,保利發(fā)展五月多城項(xiàng)目熱銷(xiāo)破億
- 外交部:美對(duì)華加征芬太尼關(guān)稅,中方反制措施仍有效
- 伯恩斯稱(chēng)若中方不協(xié)調(diào)芬太尼問(wèn)題就要付出代價(jià),外交部駁斥
- 印度聲稱(chēng)反對(duì)中方重新命名,外交部回應(yīng)
- 美國(guó)關(guān)稅、中國(guó)電車(chē)……本田年凈利潤(rùn)預(yù)計(jì)下降七成
-