深度解析:SpaceX是如何讓獵鷹9號火箭準確安全地返回地面的?

  海洋的底部是一個火箭墓地,上面散落著數千枚用於將衛星和人員送入太空的火箭。這些是過去時代的遺物。然後由航空航天公司SpaceX開發了Falcon 9,意味著現在可以通過將火箭安全地飛回地球來重用火箭的第一級。對於某些人來說,這項成就似乎令人難以置信,以至於存在一個由SpaceX懷疑論者組成的在線社區。他們的許多YouTube視頻(例如“ SpaceX火箭攝像機著陸畫面偽造”)已被觀看超過一百萬次。


那麼Falcon 9是怎麼做到的呢?

  飛行計劃:

  獵鷹9是兩級火箭。第一級助推器的9臺發動機負責升空,並將火箭運送到大約100公里的高度——處於太空邊緣。在這裡,一二級離然後二級點火,以將有效載荷送入軌道。第一級回到地球。

  冷氣推進器(翻轉):

深度解析:SpaceX是如何讓獵鷹9號火箭準確安全地返回地面的?

  Falcon 9的第一級助推器在其“鼻子”附近裝有小型推進器,可排出氮氣。與第二階段分離後不久,受控制的氣體噴射“翻轉”了火箭,使其準備返回地面。

  燃料罐:

  從歷史上看,火箭的第一級使用每一滴燃料來將其有效載荷提升到軌道上。獵鷹9號的第一級具有額外優勢。翻轉後,它的三個引擎重燃,從而降低了火箭的重返速度。當火箭接近著陸平臺時,這些引擎再次點火。總而言之,第一級從最高時速4700 km / h降到僅20 km / h的著陸速度。

  引擎:

  獵鷹9號第一級助推器的九個“梅林1號”發動機為火箭提供了升空所需的600噸推力。為了穩定起見,這些引擎按SpaceX所謂的“ octaweb”配置進行排列-一箇中央引擎,再加上週圍八個。每個引擎都可以改變其推力角,以控制上升期間的俯仰,偏航和側傾,以及在下降時進行定位。

  格柵鰭片(轉向):

  格柵鰭片具有塑料網球拍的格子狀外觀,但每一個都是您廚房桌子的大小。在第一級開始“升壓燃燒”,重新點燃三臺發動機以降低其速度後,這些耐熱翼從助推器的側面彈出。他們做些微小的動作,以幫助將火箭引向著陸區-有點像跳傘者如何用他們的小手就能改變方向。

  箭載計算機:

  諸如氣壓的變化等不可預測的環境影響意味著火箭在發射前無法確定精確的軌跡。 Falcon 9的箭載計算機必須在火箭耗完燃料之前的每一秒鐘實時計算火箭的精確軌道並對發動機進行微調來做細微修正。至少有十幾個傳感器向其提供有關飛船的方向,位置,速度,加速度和高度的信息。劍橋大學工程動力學和振動專家休·亨特說:“著陸速度如此之快,以至於沒有人能做出足夠迅速的反應以確保平穩著陸。”
“如果有人能弄清楚如何像使用飛機一樣有效地重用火箭,那麼進入太空的成本將減少數百倍。之前從未完成過完全可重複使用的火箭。這是改革我們進入太空的方式所必須的革命性突破。”——Elon Musk

  
著陸腳:


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  由堅固,輕巧的碳纖維製成的四根支撐腿剛好在著陸前展開。每條腿都有一個減震系統,可以吸收衝擊力。對於特別劇烈的著陸,一種一次性的芯會在撞擊時解體粉碎以吸收衝擊產生的能量。

  無人駁船:

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  與其他火箭一樣,獵鷹9號也從靠近海洋的地方發射,因此,當第一級助推器降落回地球時,除了公海外,它下面什麼都沒有。儘管從技術上講,獵鷹9飛回其發射臺是可行的,但這樣做會花費更多的火箭燃料。降落在海上然後將火箭運回去要便宜得多。


著陸駁船是一個大約足球場大小的平臺,配備有自己的與火箭不斷通訊的傳感器套件。他們從伊恩·班克斯(Iain M. Banks)的科幻小說《遊戲玩家》中被賦予了很有個性的名字,例如“僅閱讀說明”和“當然我仍然愛你”。

  效果:

  儘管SpaceX尚未公佈確切數字,但一位發言人表示,翻新和重複使用一級火箭的成本“基本上不到建造新火箭的一半”。最終,SpaceX計劃將週轉時間縮短至僅24小時。


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