「獨家」揭祕美國太空探索技術公司的海上平台

1 海上回收平臺簡介

美國太空探索技術公司(SpaceX)的海上回收平臺稱為“自動航天港無人船”(Autonomous Spaceport Drone Ship,ASDS),是在甲板駁船的基礎上改進而來,安裝了用於維持位置的動力系統,以及大型的著陸平臺,能夠實現自動控制或遠程遙控,在海上作為獵鷹- 9(Falcon - 9)火箭一子級著陸的平臺,是該公司火箭重複使用計劃的重要設施。

SpaceX 公司共有3 個海上回收平臺,其中2 個在用,另外一個(也是最早投入使用的平臺)已不再執行發射任務。在用的2 個海上平臺代號為“請閱讀說明”(Just Read the Instructions)和“當然我依然愛你”(Of Course I St ill Love You)。

“請閱讀說明”平臺停靠在西海岸附近,在太平洋上回收從范登堡空軍基地執行發射任務的獵鷹- 9 火箭一子級;“當然我依然愛你”平臺停靠在東海岸附近,在大西洋上回收從卡納維拉爾角空軍基地發射的獵鷹- 9 火箭一子級。

SpaceX 公司的海上回收平臺均改裝自麥克唐納海事服務公司的Marmac 30X 系列甲板駁船,最早投入使用的海上回收平臺改裝自Marmac 300 甲板駁船,在用的“請閱讀說明”回收平臺改裝自Marmac 303 甲板駁船,“當然我依然愛你”回收平臺改裝自Marmac 304 甲板駁船。三艘甲板駁船的性能參數基本相同。

「独家」揭秘美国太空探索技术公司的海上平台

2 從甲板駁船到海上回收平臺的改進

為了使甲板駁船適用於獵鷹- 9 火箭一子級著陸回收任務,SpaceX 公司對Marmac 30X 系列甲板駁船進行了大量改進,主要包括4 個方面:

首先是擴展了甲板面積,保證有足夠的著陸區域;

其次是為甲板駁船安裝了動力系統,使平臺能夠在海洋中保持相對穩定的位置;

再次,為平臺上的設備箱增加了起到保護作用的防爆隔離板等防護措施,以防在一子級未能成功著陸或者發生爆炸時,減小對平臺設備的影響;

最後,則是設計了用於固定火箭一子級的機器人,未來可能實現無人自主的回收操作,大幅降低風險。

增加甲板面積

Marmac 30X 系列甲板駁船的甲板寬度僅有30.48m,而獵鷹- 9 火箭一子級的著陸支架在展開之後的最大寬度大約為14.7m,所以SpaceX 在甲板駁船兩側增加了甲板擴展區,將甲板寬度擴展為51.81m。同時,將其他船上設備佈置到了甲板兩頭,這樣在平臺中部形成了一個51.81m×65.22m 的矩形著陸區。甲板擴展區都是通過焊接的方式直接連接到甲板駁船上。

「独家」揭秘美国太空探索技术公司的海上平台

安裝動力系統

為了能夠使海上回收平臺在海洋上保持相對固定的位置,配合火箭一子級的著陸動作,SpaceX 公司在回收平臺上安裝了4 臺功率220kW 的方位推力器,用於調整平臺的位置,能夠使平臺在海浪環境中維持穩定的位置。伊隆·馬斯克在2014 年曾表示海上回收平臺利用上述4 臺方位推力器以及GPS 定位信息,“能夠在風暴中將位置精度維持在3m 以內”。

防護措施

在火箭一子級著陸時可能會發生意外,包括火箭速度未能得到有效控制而直接撞到平臺上、火箭姿態調整不到位發生傾倒,以及發生爆炸等,為了保護平臺上的設備,SpaceX 公司在平臺上設置防爆隔離板,並且還在不斷對防護措施進行升級,包括隔離板的位置和麵積等都有所調整。經過進一步改進之後,平臺尾部防爆隔離板的下方騰出了部分空間,並設計出了一個相對封閉的空間。平臺頭部的防爆隔離板也向平臺中心移動了一段距離,為隔離板和船上設備之間增加了一個緩衝帶,可以提供更多的保護。

自主操作機器人

除了上述針對駁船的改造之外,2017 年3 月有社交媒體網站上透露了“當然我依然愛你”海上回收平臺上出現了一個白色的“機器人”。雖然SpaceX公司還沒有正式對外公佈該設備的具體用途,但是根據初步推測,該設備很可能是用於固定火箭一子級,進一步實現火箭一子級回收處理的無人自主化操作。

現在獵鷹- 9 火箭一子級降落到平臺上之後,需要將其焊接到甲板上進行固定,之後再運回港口開展後續的處理和維護工作。而這個白色的“機器人”很可能能夠自主(或者遠程遙控)實現固定一子級的目標。

按照推測,在火箭一子級降落在平臺甲板後,該設備會鑽到火箭下方,伸出4 個液壓臂,通過夾緊和支撐火箭底部的發動機支架結構,實現對一子級的固定。

3 海上回收平臺的牽引船和支援船

「独家」揭秘美国太空探索技术公司的海上平台

……

4 海上回收平臺的動力系統

……

5 海上回收平臺的操作過程

……

6 小結

海上回收平臺作為SpaceX 火箭複用計劃的重要組成部分,從2015 年1 月首次嘗試利用海上平臺回收火箭,到2017 年4 月底已經進行了18 次海上平臺回收任務,失敗5 次,成功13 次,尤其是2017 年以來的9 次海上平臺回收全部取得成功。

在過去幾年的時間裡,SpaceX 的海上回收平臺不斷進行改進、更新,為SpaceX 公司火箭重複使用計劃的順利實施提供重要保障。今後,海上回收平臺還會持續進行升級,朝著實現無人自主化操作的方向發展。


分享到:


相關文章: