2022年的珠海航展上,中国航天展出了长征五号B、长征五号G和长征九号三款重型火箭,特别是长征九号,它以11米的直径、114米的高度和三级“大光杆”设计,成为大家关注的焦点,有不少外国航天类媒体也对长征九号进行了报道,比如SpaceNews就介绍了长征九号的发展进度和理念的变化。有意思的是,就在SpaceNews发表这篇报道的11分钟之后,马斯克就迫不及待地留下了评论:不能回收的火箭,不是好火箭。
【资料图】
马斯克留言挺快啊
看过航展现场火箭模型的人都知道,长征九号的最新构型放弃了原先的捆绑式方案,转而采用了比“星舰”更粗的“光杆”设计,而在它的一级火箭上,可以看到安装有四个控制格栅舵,表明它是一枚可回收复用的火箭,马斯克的留言,并非在嘲讽中国的运载火箭,而是在肯定长征九号的最新设计。
控制格栅舵很清楚
实际上,在我国航天的规划中,不仅长征九号可以回收,就连咱们的载人登月火箭长征五号G也是要复用的,其他的火箭比如长征八号R、长征六号X都将复用作为标配。而民营商业火箭公司的“双曲线”二号、三号、“智神星”、中科宇航的全系列火箭等等,都计划复用,有的甚至已经在测试着陆缓冲腿。
这全是可回收的
双曲线二号的着陆缓冲腿
相反,马斯克嘲讽的,可能是波音公司的新一代载人登月火箭SLS,SLS采用的就是传统的不可回收设计,竞争对手正是马斯克SpaceX的“星舰”。它大量采用美国航天飞机现成的部件和设计,有之前“战神”系列火箭的实践经验,结果却非常拉胯。首发箭SLS-1自今年3月开始,就不断出现泄露问题,3次重回总装大楼,至今都没有找到问题的真正原因,首飞测试一推再推,最新的说法是明天进行发射。但据说前两天的风暴,又让它受到了一定的损伤,最终能否上天,还不一定。
SLS火箭都成笑话了
不过,对于长征九号和“星舰”要走的路,很多人并不理解。首先,很多人总是觉得火箭回收,要占用大量的运力,不能让火箭全力以赴,得不偿失。但实际上,通常的火箭发射,并不会满载,我们就拿最近的“梦天”试验舱发射来说,长征五号B近地轨道的运力是25吨,而“梦天”试验舱的发射重量是23吨,如果将这2吨的冗余重量用于火箭回收机构和备份的推进剂上,也是完全可行的。
其实火箭发射并不满载
其次,“星舰”一级发动机数量33台,长征九号一级发动机数量由12台变成16台,再增加到26台,越来越多,很多人马上就会联想到苏联N-1登月火箭的失败,认为火箭发动机越多越不靠谱,出故障的几率就越高,“祖宗之法万万不能变”,要学也要学土星五号。
这还是29台的
但实际上,这是“一朝被蛇咬,十年怕井绳”,N-1的失败,并非火箭发动机并联的数量太多,而是和美国提前“重返月球”计划一样政治挂帅,没有经历充分的地面试验,N-1连台架共振实验都没有做,没有解决多台发动机共振的问题就匆匆发射,再加上科罗廖夫的去世不得不临阵换帅,才导致最终的接连失败。
N1一级的30台发动机
而得益于材料、计算机和自动控制系统的进步,如今的火箭和以前已经不可同日而语了,我们不能刻舟求剑。现在不是没有发动机并联得多的火箭,比如SpaceX公司的“重型猎鹰”,一级有27台发动机,但4次发射4次全部取得成功。
重型猎鹰的27台发动机
不仅如此,多台发动机并列,不但靠谱,而且还赋予了火箭更大的冗余和更强的纠错能力,比如“猎鹰”9火箭在2012年和2020年的两次发射中,都曾出现了一台发动机爆炸的情况,但通过增大其他发动机的推力,发射仍然成功了,而且猎鹰9甚至还允许两台发动机失效,这就是动力冗余设计。
重型猎鹰就是3台猎鹰9捆绑
对N-1火箭来说,动力冗余设计带来的生存力也很强,比如在1969年2月21日的第一次发射时,N-1就发生了两台发动机熄火的事故,结果火箭通过调整其他发动机的推力,抵消了负面影响。升空后25秒,N-1的燃烧室又出现压力不足,火箭通过涡轮泵自动增大功率,解决了问题。只是可惜到了第66秒的时候,剩余28台发动机功率过载,导致管路系统出现高频振动之后,火箭才在又坚持了3秒之后,发生了大爆炸。
N1发射的画面可不多见
失去两台发动机之后,剩余28台的功率过载,恰恰说明N-1火箭的问题并非发动机并联太多,而是太少了,动力冗余设计还是不够,“重型猎鹰”和“猎鹰”9就是吸取了它的这个教训,所以“允许两台发动机失效”。而N-1真正的死因,是管路系统出现的高频振动,这个教训我们和SpaceX公司,都会吸取,“星舰”和长征九号会还N-1一个清白,让大家看到人类航天真正的样子。
长征九号有多粗?
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