好事多磨:Space X首枚可回收火箭10日试射

本文转自科技日报

1月8日，美国宇航局(NASA)再次更新了太空探索技术公司(SpaceX)猎鹰9号运载火箭和龙飞船的发射时间——北京时间1月10日17:47。

北京时间2015年1月6日19:20，由SpaceX研制的猎鹰9号(Falcon 9)运载火箭原本计划在美国卡纳维拉尔角空军基地发射升空，但在倒计时进入1分钟时，发射任务被紧急中止。

此次代号为CRS-5的发射任务几经推迟，可谓好事多磨。CRS-5是猎鹰9号运载火箭搭载龙飞船(Dragon)第5次执行空间站补给任务，CRS-5任务不仅通过龙飞船向空间站运送货物，还要进行火箭返回测试，使猎鹰9号降落在海上移动平台。

这是SpaceX今年第一次重要测试，有评论认为，如果实验成功，对火箭技术而言，也许将是一次改变游戏规则的事件，而对于太空探索领域甚至将具有跨时代的意义。

回收测试

如何在“狂风中让扫帚立于手掌之上”

猎鹰9号和龙飞船一样，诞生于位于美国硅谷的SpaceX。

2012年5月22日，龙飞船搭载该型火箭发射升空，成为第一架飞往国际空间站的商业运输飞船。自此，猎鹰9号也作为NASA商业轨道运输服务平台正式开始其太空之旅。

这枚火箭身高68.4米，直径3.7米，以煤油及液氧为燃料，它的地球同步轨道运载能力约为4.5吨，超过绝大多数目前现役的中国长征系列运载火箭，目前仅有发射过嫦娥三号月球探测器的长征三号乙火箭能与之匹敌，长三乙增强型的地球同步轨道运载能力能够达到5.5吨。

原计划日前由猎鹰9号执行的CRS-5发射任务，将运送重达3700磅的物质到国际空间站上，其中包括科学实验设备、零配件、食品、水和其他物资。但在这次发射中，与“送货”同样重要的，还有另一项工作——进行猎鹰9号的返回测试。

传统上，火箭设计成几个阶段。在发射后，火箭会卸下部分引擎和用完的燃料罐，让火箭更轻身上路，携带卫星、飞船等进入轨道。卸下的器材将丢落地球和解体。这样意味着每次的新任务都得制造新的火箭。而SpaceX认为火箭主要部件可以回收，翻新并再次利用。

猎鹰系列火箭的顶端和外层全部采用超强度铝锂合金材料制造，且增加了特制的挡热板，用以保护“猎鹰9号”第一级和第二级在重返地球大气层时免遭损坏。在此次发射中的动画演示中，猎鹰9号一级火箭与龙飞船分离后，将再次点火并调整姿态，返回大气层，据称还将使用GPS导航技术，最终垂直降落与海绵的浮动平台上。

“这个任务很不容易。” 有报道认为，这项技术的困难度首先在于，猎鹰9号高达十余层楼，爬升时的速度达1.6公里每秒，要让直线上升的火箭“毫发无伤”地垂直下降，犹如“狂风中让橡胶扫帚柄直立于手掌上”。

减速引擎、飞翼导向、着陆支架一个不能少

猎鹰9号可回收火箭若能成功试射，对太空探索领域来说将具有跨时代的意义。有报道称，通过该火箭的自主返回技术，它将大幅缩减太空旅行的花销。若能实现火箭的全面回收，预期发射成本将降低99%。

按照这个思路，SpaceX设计第一阶段推进器在返回大气层时点燃引擎减速，附设飞翼协助落下时导向，还装有“腿”让它们稳定降落。在2014年，该公司已对可回收火箭进行多次试验。

在去年4月中的一次试验中，SpaceX成功地实现了历史上第一次火箭软着陆，但该火箭随后在公海侧翻并毁坏，以至无法修复。

在2014年7月，该公司针对第一级火箭进行了“软着陆”测试。这次测试中，在接近海平面时，火箭被调整成水平方向，目的是希望可以完好无损地回收，但海水破坏了箭体，使得回收的可能性不复存在。

在这次试验后的声明中，SpaceX公司表示：“此时此刻，我们非常自信地认为，(第一级火箭)能够在浮动发射台上成功着陆或者返回发射场，无需整修就可再次升空。”

据称，成功的标准是可重复使用的第一级火箭能够“以高超音速的速度从太空返回地球，两次重启主引擎，部署着陆支架，并以接近零的速度着陆。”如果即将进行的海上着陆试验成功，猎鹰9号的后两次测试将是在坚固表面着陆。

着陆平台

足球场大小，使用钻油平台定位技术

对可重复使用火箭技术而言，除了火箭本身，其着陆的平台上是一大难关。SpaceX创始人马斯克表示：“火箭在海上平台上着陆的可能性不超过50%，也不少于50%。”

去年12月，马斯克在社交网站上发布了用于火箭降落的海上平台的图片，该平台无人驾驶，大小相当于一个足球场。

“在以前的尝试中，我们只能设定10公里(6.2英里)以内的着陆精度。而在这次实验中，我们的目标着陆精度是10米(33英尺)之内。”SpaceX公司在一份声明中说。

被称为“火箭基地船”的着陆平台采用钻油平台定位技术，在风暴中也能稳定驳船。为配合1月6日的发射，已前往大西洋的预定位置待命，这个地点距离佛罗里达海岸大约两百英里，为猎鹰9号着陆做准备。但是由于发射的取消，移动平台着陆也不得不再度重新安排。

马斯克对媒体表示，猎鹰9号还将进行密集的发射实验，他认为，“很有可能其中一次实验将能够成功，所以，我觉得我们离我们的目标已经相当接近。”

发射故障

迟到的圣诞礼物并没有误事

CRS-5发射任务原定于去年12月19日进行，但在12月17日的静态点火测试中，火箭的梅林1D引擎未能达到测试要求，SpaceX公司于是将实验改在2015年初进行，并在12月19日安排了第二次静态点火试验，并且获得成功，当时认为为2015年1月的正式发射扫清了障碍。

2015年1月7日早上，猎鹰9号在临升空前一分钟突然喊停，官方表示是由于方向导航系统的系统发生问题，而紧急取消飞行计划的，并解释说，两个2号门驱动系统的发动机在启动前倒数计时时，其中一个出现移动现象，所以紧急喊停。同时强调，如果不是人工紧急停机，电脑也会自动使这个系统停止动作的，所以这次取消实际上是一个技术故障。由于1月6日的发射窗口期仅有1秒，发射任务已经取消，截至记者截稿时，最终将预期发射时间定于北京时间1月10日17:47。

据报道，这次载有5000吨容量的货物实际上是向太空站中的6名工作人员运输食品和圣诞礼物的。原本计划12月中旬送到，圣诞礼物应该是额外的惊喜，结果这次首次飞行被取消是因为发射系统的问题，后来12月底又试飞一次，这次是实验，那么以后这个是实验就绪之后为本周二发射奠定了基础，结果又出了问题，但太空署表示，太空站食品仍然充足，日本和俄罗斯都有定期运输生产用品的航班，所以这次延误不会造成任何太空站的工作和生活方面的不便。