中國航天技術這麼強大為什麼不發展火箭回收技術?

張震23352284


火箭殘骸回收一直是困擾航天人員的重要難題,因為沒有對火箭殘骸進行實時精準的控制,其很容易墜入有人區域發生事故。而在火箭殘骸領域做到精準控制的則屬美國著名的SpaceX公司,它們發明了獨門絕學---柵格舵,專門用來控制火箭穩定和精準下落,實現了火指哪兒落哪兒。繼而降低火箭殘骸發生事故的概率。

而前不久我國航天傳來喜訊,成功實現了首次火箭的指哪兒落哪兒,而這也讓我國成為繼美國之後第二個掌握這項技術的國家。事實上,這次用來測試的火箭是起飛重量高達242.5噸的長征二號丙火箭,而能讓長二丙火箭殘骸實現精準回收的竿見就是柵格舵,四個毫不起眼的東西。要是不仔細看,感覺柵格舵就像個“蒼蠅拍”。而柵欄舵的發揮的作用可比“蒼蠅拍”大得多,它用火箭殘骸的墜落,其功能就是很多款導彈的尾翼差不多,用來調節可控方向。

當長二丙火箭一飛沖天的時候,柵欄舵是緊緊貼合在火箭上,壓根就不工作的。而當火箭完成使命,柵欄舵立即啟動開始工作,變成火箭殘骸的“尾翼”,其實就像是為其添加了4個翅膀,能夠使火箭殘骸在人為可控操作下墜落在預設區域,實現回收,同時還能避免因火箭殘骸墜落有人區域居民疏散的問題。要知道,隨著我國每年爆射火箭次數的增多,如果次次都疏散居民,那樣會造成比較嚴重的損失。

不過,我們想要達到SpaceX公司的火箭再回收,依舊有很長的一段路程要走。這次長二丙只僅僅是實現了火箭殘骸回收,並非是整個火箭的回收,甚至並不能保證火箭殘骸是以哪種方式墜落在預定區域的。要知道,SpaceX公司在實現第一次回收火箭前足足摔了19枚獵鷹9號火箭,可以說它們是用狠心砸錢的方式獲得成功。這事情擱在很多火箭發射公司身上都很難實現,但是SpaceX公司做到了。看似SpaceX公司前期損失了不少火箭和大量資金,但是它們掌握這項技術後,大幅降低了火箭發射成本,繼而奠定了它們在商業火箭發射領域的領先地位。

而我國也要積極吸取SpaceX公司在實現回收火箭前,狠狠摔了19枚火箭的經驗教訓。只有這樣我們才能更快的掌握火箭回收技術,降低火箭發射成本。


迷彩虎軍事


火箭回收為什麼不搞呢?

首先是,意識沒到。沒有成本的概念,一開始也壓根不覺得SpaceX可以成功,具體可以參見CCTV,當年請來專家對獵鷹好一陣的冷嘲熱諷。直到人家大獲成功,目前佔據了國際民用衛星發射接近70%的份額才如夢初醒。

其次,火箭發動機能力不行。表現有二,推力小及推力調整的動態範圍小。中國航天,特別是火箭發動機技術其實是無力吐槽。很久以來,長征火箭幾乎靠著一款爺爺輩的發動機YF-20打滿全場,推力只有75噸。而氧化劑和燃料更是有毒的四氧化二氮加上偏二甲肼。(直到長征7號,長征5號發射)

排名領先的火箭發動機,煤油的有美國F1(推力690噸),蘇聯RD170/180(推力790噸/500噸)

液態氫氧有美國RS-68(299噸推力),

歐洲阿麗亞娜火神,日本LE-7等。

另外一個指標,推力的動態範圍也是火箭回收非常重要的部分,你必須能夠精確大範圍調整推力才能滿足火箭逐步下降直至落地的過程。

第三,構型和大直徑火箭箭體和燃料罐對長征的結構設計帶來的挑戰,長征5號目前各路風言風語都直指結構設計,新材料應用比例低導致超重。而規劃中的長九,居然是三種直徑,三種發動機?!成本呢?可靠性呢?看看重型獵鷹9,一種直徑一種發動機。難道沒什麼啟示?


HarryLou


▲註釋:中國長征五號/九號火箭與美國NASA太空發射系統。

要給這個問題作出正確的答案,並避開一些敏感的話題,先還是簡單地引用一下,中國運載火箭專家梁小虹於2018年1月20日在“造就”發表的那場演講。

當天,火箭專家梁小虹在場講到了中國火箭技術今後會怎麼進步:第一,研發火箭回收並重複利用的技術。“我們正在開展重複使用運載火箭的技術研究,包括傘降回收和垂直起降技術,完成部分試驗驗證,一些關鍵技術取得突破”。第二,開發從海平面上發射火箭的技術。“我們可以將一些小火箭和一些商業火箭的發射轉移到海上,在公海上怎樣打都砸不到人,只能砸著魚”。第三,研發組合動力飛行器。“我們要集成火箭發動機和航空發動機的優勢,實現亞軌道飛行”。第四,研發重型運載火箭。“1000噸以上的叫大火箭,而3000噸的叫重型火箭,它可以把100噸的東西瞬間推到200公里的高度,重型火箭的研製我們要在2030年完成”。另外,梁小虹把2018年定義為了“商業航天的元年”。“商業航天涵蓋了小衛星、太空旅遊、新材料、航天生物等等眾多領域的項目,未來我們一定能發展得更好”。

更早之前,比如說在2017年3月2日,中國另一位航天技術專家包為民在接受新華網記者的採訪時說得再明白不過:中國航天科技工作者們主要是通過改進、優化火箭的測試、發射流程,以實現降低現役火箭的成本,但從長遠看,可重複使用才是降低成本的有效途徑。“與國外主流火箭相比,我國現役的長征系列運載火箭雖然成本低,但隨著中國太空探索活動日益增多,降低火箭成本也勢在必行”。

新華網還曾引述過中國航天技術專家申麟的話稱:中國航天主要有三種可選的火箭回收技術方案。第一種是採用“降落傘+氣囊”的回收技術方案。第二種是給火箭助推器上安裝可控翼傘,加上小型的控制系統,以使火箭助推器在空中分離後像翼裝飛行一樣調整角度,藉助衛星導航技術滑翔至地表。第三種便是採用與SpaceX相似的垂直起降技術。按照申麟的觀點:中國航天技術團隊只要選定了火箭回收技術方案,後續技術的進展就會相當快。

至於組合動力飛行器,中國航天技術專家譚永華向新華網記者稱:天地往返運輸系統的動力系統,要既具有在大氣層吸氣的航空發動機功能,又能在真空環境下工作的火箭發動機功能,最理想狀態就是組合式動力。

▲註釋:SpaceX獵鷹火箭發展之路。

▲註釋:亞馬遜旗下藍色起源公司研發新格倫火箭。

於是,綜上可知:中國航天科技工作者們其實早已開始探索、研究火箭回收技術,亦認同人類可以運用火箭回收技術降低火箭的發射成本,以及提高火箭的發射效率。問題的關鍵並不在於“中國為啥不發展火箭回收技術”,而是中國航天科技工作者們可能仍然需要有足夠的時間去探索、研究火箭回收、重型運載火箭等一整套的軟、硬件技術。


我為科技狂


在科技界有一句話,題主要牢記於心“摸著石頭過河,不如摸著美國過河”,至於中國航天為什麼不搞火箭回收這挑子事,無他,美國搞過了,並且失敗了,咱們彎道前面車翻了,自然就不開車了。

SPACE-X火箭回收是黑科技嗎?

我的科技界偶像之一,就是馬斯克大佬。他把航天這個嚴肅到苛刻的行業,玩到像現在這樣成了娛樂偶像業,是絕無僅有的事情。但同學們千萬不要被SPACE-X迷惑了眼睛,覺得他們做什麼都是對的,是航天界的正確方向。


SpaceX是典型的互聯網思維,不停靠融資把事業往前推進,作為一家以融資推動的公司,必須要有新故事以及巨大的轟動效應。移民火星、全球WIFI哪個項目不堪稱偉大!回收幾個火箭,讓小夥伴們目瞪口呆一把,這就對了,繼續燒別人的錢,實現自己的夢想。

回收火箭很高級很黑科技嗎?這裡我先不給結論,我要給同學們講講大家遺忘的一個故事,美國早年比馬斯克更會玩,回收火箭,二次利用這茬事情,30年前就一直在幹了!

過氣明星:航天飛機

第一個實現回收火箭的其實是航天飛機。

航天飛機的主要作用是將軌道器加速,並運送貨物和人員到地球軌道。航天飛機是指軌道器、外貯箱、助推器的組合體,那個小飛機名叫軌道器。

航天飛機的發動機是一種極度黑科技的發動機——它的推重比巨大,可以將滿載燃料的航天器推離地面;它比衝極高,能夠使加速過程產生可觀的速度增量;它還能重複使用,這樣才能方便重複發射航天器。在最初的計算中,這樣航天發射衛星的費用將不超過3000萬美元,並且可以做到每週一發,理論近地載荷36噸,折算為800美元/公斤(而獵鷹9則需要2700美元/公斤,重型獵鷹1萬美元/公斤),是不是很厲害?

NASA確實也搞掂了發動機,並且付諸了實際行動和多次的實驗。1981年開始,美國航天飛機進行了135次飛行,成功133次,航天飛機除了油箱單獨分離拋棄外,其他所有的東西都是進行回收二次利用的。這麼完美的東西,比起火箭回收的思路早了30多年的奇蹟,可是為何就沒有推廣了呢?

無他,理想很豐滿,現實很骨感——整個項目耗資超過2000億,單次發射的直接費用達到5億。實際嘗試以來,發現根本無法實現預定的目標。

但同學們得搞清楚一個事實,航天飛機並不是因為性能不足而被退役,相反,它的性能非常強大,比大多數的火箭都要強大。真正使它退役的,是它巨大的成本。

一點小綜合比較

目前航天有三個發展方向:傳統火箭、航天飛機、單級入軌(SSTO,single stage to orbit)。

技術難度上:SSTO>航天飛機>傳統火箭;

發射成本:航天飛機>傳統火箭>SSTO≈可回收的傳統火箭。

大家可以在這裡找找我們自己的位置,其實,在動輒幾十億的航天項目裡面,誰在乎用個二手設備,剩下那幾千萬美元成本呢?

結語

用化學燃料的航天技術,就別給我提回收發動機技術。過年放煙花的時候,你見過回收煙火空盒子的生意嗎?

什麼時候才能告別化學燃料,整出無工質發動機來,才是星辰大海的開始。


貓先生內涵科普


目前受發動機以及燃料有毒制約,現在研發中的有幾種是可回收的,甚至連長征9也在考慮可回收中.能做回收的最好是烴基燃料,我國目前的有毒肼基燃料不適合做回收,液氫燃料有安全問題,歐洲,美國官方的非烴燃料火箭都沒有回收的計劃....我國現在走烴基燃料路線真的走準了,下一步是可深度變推的發動機研發好就水到渠成


JevonsLynn


看了這麼多回答,我認為歸根結底是技術路線的誤判,往前推五年全世界沒有一家航天局看好獵鷹的垂直回收技術,但是今天應該沒有人懷疑這項技術的可行性了。

事實上航展上長征6x的模型也驗證了這一點,從著落支架到姿態控制grid都和獵鷹九號非常像。

至於存在的困難,我認為除了姿態控制技術難度逆天以外,最大的問題是箭體工藝落後,超重嚴重,幹質比慘不忍睹,如此笨重的箭體回收的經濟性肯定大打折扣。發動機深度節流技術也比較難,獵鷹採用的小發動機並聯反而成了它回收的優勢。(Landing burn的時候好像只有一臺發動機工作)

綜上,搞是肯定會搞的,畢竟摸著鷹醬過河是我們的一概傳統,但是這可能是一個以十年計的長期工程了。



沙鵬239


SPACE-X火箭回收是黑科技嗎?

很顯然不是。同是私營航天的藍色起源也在搞垂直回收,甚至比SPX還要早成功。目前中國和歐洲的民營航天公司都有搞火箭回收。比如翎客航天的新幹線一號火箭,2020年首飛。可見火箭回收也不是什麼黑科技!



o上知天文o


讓美國人先搞,火箭回收實質上並不節約。美國人所謂火箭回收就是一個大忽悠,是一種低價覽客的商業行為,稍有常識都不會相信。誰會拿自己的身家性命坐那二手火箭上天,我借你一萬個膽你也不敢!

1 回收的反衝系統和能量(推進劑)在發射時是額外載荷(重量增加),擠壓了火箭的有效載荷能力。

2 僅能回收第一級,其它級還沒見過有回收的案例。如果採用捆綁結構,則僅能回收助推器,由於助推器數量多成本低迴收價值不大。

3 回收裝置的管理、運行、維護也是一大筆錢。

4 收回的火箭,己發生了變形,金屬疲勞損壞,再次發射的風險增加一個數量級以上。

5。火箭回收只是一個譁眾取寵的小動作,想一想美國的航天飛機項目,那種回收方式要成熟得多,但是最終還是以失敗告終。

6。我們中國人現在航天的主要任務是將火箭安全的發射上去,保證成功就是最好的節約。


關注九哥


在搞了。一是比較低調,二是慢一拍,所以很多人的印象中,中國是不搞的。

強大兩個字看是跟誰比了,印度日本顯然落後中國一個檔次。但是跟美國比起來,中國差距挺大的,主要是起步晚。

圖一:中國的重複使用載具外形圖。來源於公開論文。

火箭回收技術這個詞兒,比較嚴謹的說法是”重複使用運載器“。如果你用搜索引擎搜中國回收火箭這個詞兒,肯定找不到啥有用的貨。但是用”重複使用運載器“或”重複使用航天運載器“就會發現,中國在這方面做了很多研究。

大致梳理一下中國的火箭回收兩條技術線。一條算是臨時應急的。火箭發射後,助推器用降落傘減速,配合氣囊,用水平著陸。水平著陸的助推器或是芯一級,一般是不能重複使用的。

圖二:中國特色的三步走。

第二條比馬斯克的獵鷹火箭還科幻,而且重要的事說三遍,是長翅膀的,是長翅膀的,是長翅膀的。

分為三代,第一步叫”頂“。類似於美國X-37B。火箭腦袋上頂著航天器,垂直起飛。軌道級入軌完成任務後水平降落。

第二代叫”背“,吸氣式高超聲速飛機揹著航天器,類似於美國SR-71黑鳥偵察機揹著D-21無人機的方式。不是垂直髮射,而是水平起飛,水平降落。軌道級和高超聲速飛機都是可以完全複用的。

圖三:中國搞的路線更科幻一些。

第三代叫”跑“,水平起降單級入軌,這時就無所謂什麼助推器了。同學們可以腦補一下單機飛出大氣層的高達00R。

最後說一下進度,中國的重複使用載具,預計2020年首飛,2030年完成全部試驗。


厲兵


前不久,"長征"三號(CZ-3)乙運載火箭成功將廣電專用傳輸衛星

——中星6C衛星送抵地球靜止軌道,該衛星主要用於廣播和通信,負責提供更加清晰、快捷、精準的語音、廣播和數據傳輸業務。

同時,CZ-3在本次發射升空也標誌著"長征"系列火箭發射次數達到了300次,發射成功率達到了96%。長征系列運載火箭實現100次發射用時37年,年均發射2.7次;第二個100次發射用時7.5年,年均發射13.3次;第三個100次發射,僅用了4年多時間,年均發射23.5次。尤其是在2018年,"長征"系列運載火箭的發射次數為37次,第一次讓中國坐上全球航天發射次數年度第一的寶座。美國在2018年僅從事了30次火箭發射活動。

同前50次發射相比,"長征"系列火箭後續的250次發射成功率呈梯次遞增並處於穩定狀態。在"長征"系列火箭第3個100次發射裡,其已經把225枚航天器成功送抵預定軌道,發射成功率達到了領先全球的97%。

同樣領先全球的,還有"長征"系列運載火箭的整體技術和入軌精度。如今,"長征"系列運載火箭依靠其可靠、安全和環境友好等特性,已經在全球成為了代表中國航天的知名品牌。

可以看出中國航天業正蓬勃發展,這在很大程度上反映出了中國的綜合國力尤其是科技水平正在發展壯大。

同樣值得注意的是,在更早的3月5日,中國航天科技集團四院發表消息稱,由我國最新研製的固體燃料200噸推力級火箭發動機已經成功完成了地面熱試車任務,這款發動機將在未來裝備在改進型"長征"十一號運載火箭上。

這款火箭發動機是專門為商業航天市場打造的產品,也是當前中國航天史上裝藥量和推力最大的整體式固體燃料發動機。這款發動機在材料上也有所突破,充分應用了中國科學院在高性能纖維研究領域上所取得的重大成果,以此次為基礎,生產了非金屬高性能纖維纏繞複合材料作為殼體。該殼體同此前火箭發動機的金屬殼體有很大優勢,比如擁有更高的強度,質量也更加輕巧。這款發動機71噸的巨大裝藥量也較之前的發動機增加了一倍。該發動機採用了諸多前沿新技術,使其綜合性能處於全球領先水平,在未來能為我國最新的固體火箭提供更強、更具性價比的推力。

"長征"十一號運載火箭在今年將完成4次發射任務,其中包括1次國家發射任務、2次商業發射任務,以及中國航天史上第一次海上發射基礎試驗任務。

從2014年開始,中國為私營企業從事航天任務提供了極其便利的發展環境。2015年伊始,作為私營企業的北京藍箭空間科技有限公司(Landscape)成立時,全體職工只有數十人。到了今天,藍箭空間已經坐擁200多名員工和技術骨幹,正在兢兢業業地在世界拓展中國民用航天的名聲,想同美國私營航天企業Space X一較高下。在未來,藍箭空間想將更多的納米衛星投射到太空中,這也使中國的民用航天業同國家航天事業一道蓬勃發展,讓越來越多的國家見識中國航天的整體實力。

對於傳統的航天強國俄羅斯,其航天發射的數量長期處於全球領先地位,讓對手望塵莫及。然而,俄羅斯近期的航天發射數量略為不佳,直到2016年,俄羅斯徹底失去了領先全球的寶座。在2018年,該國僅僅順利發射了19次火箭。


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