自从人类掌握了将物体送出地球的能力之后,便踏上了为地球“减负”之路,各种航天器被接二连三地送上了天,它们之中有些已经奔着太阳系外而去,而有些则始终徘徊于地球的周边。
据不完全统计,目前在地球轨道运行的各种用途的人造卫星已经达到了上千颗之多。要将如此众多的航天器送出地球,没有火箭的帮助是绝对不行的,而化学动力火箭的运载能力实在不算很高,以长征5号为例,它的起飞重量超过了859吨,而近地轨道运载能力不过25吨,当火箭把航天器送出地球之后,它的使命便也就此终结了。在很长时间以来,火箭都是个一次性物品,这不禁让人感觉有些浪费,于是人们便开始设想,是否能够将火箭安全回收呢?敢想,还要敢做,spaceX的猎鹰9号火箭成功回收让人类回收火箭的梦想变为了现实。
spaceX成功将猎鹰9号火箭回收,这是不是蒙的呢?当然不是,因为蒙也蒙不了这么准,要知道猎鹰9号火箭可是精准降落在了10米范围之内。
要让一枚升空至大气层边缘的火箭返回并精准降落在预定的着陆点上,没有黑科技的加持肯定是做不到的,而说到火箭上的黑科技,首先要说的就是发动机,而要说发动机,就要先从飞机开始。飞机依靠什么变换方向呢?飞机的俯仰依靠的是机尾的升降舵,而偏航则依靠机尾的方向舵,而飞机的滚转则由副翼来进行控制,为什么这么麻烦呢?因为普通的航空发动机所提供的推力方向是固定的,要么和飞机的纵向中心重合,要么就呈现出一定的夹角,总之它的方向是不能改变的,而这对于需要精细控制的战斗机而言,显然不太合适,于是就有了推力矢量发动机。
推力矢量发动机可以通过改变喷流方向来对飞机进行飞行控制,它既可以作为常规飞行控制的补充,也可以彻底取代传统的飞行控制方式,而猎鹰9号火箭就安装了这种推力矢量发动机。
有了推力矢量发动机,猎鹰9号的机动性实现了飞跃。不过只依靠推力矢量发动机就想安全回收火箭,这是不可能的,为了提高火箭的精细控制能力,在猎鹰9号火箭第一级顶部安装了8台冷气推进器。如果你喜欢看航天题材的科幻电影,那么你一定知道宇航员在太空中是如何利用气体喷射来调整姿态和进行移动的,这里的冷气推进器就是这样一种东西,依靠它,猎鹰9号可以对姿态进行精细调整,完美实现转身掉头。掉头之后的火箭会重新进入大气层,此时新的挑战又来了。
火箭回收可是要再利用的,如果任凭它在大气层中摩擦,那肯定会不成样子,然而摩擦是不可避免的,所以要降低摩擦就必须要降低速度,而要降低速度,依靠8台冷气推进器可不行,因为这里并不是近乎真空的宇宙,在这里减速,需要强大的发动机。
于是猎鹰9号上安装了3台可以重复启动的主发动机,有效降低了火箭下落的速度,使它能够安全地回到地面。有了这些装备,基本就可以保证猎鹰9号的成功回收了,不过只有这些装备还做不到精确回收,在猎鹰9号前期的实验过程中,最初设定的着陆范围可是有10公里之遥,那么之后又是如何从10公里缩小到10米之内的呢?这就不得不说猎鹰9号上装备的惯性导航和全球定位系统了。
惯性导航系统的作用是通过传感器来实时收集火箭的方向、速度等一应信息,而全球定位系统负责收集火箭的地理定位信息,之后这些信息会被传输到电脑之中,和预定的路线进行对比,如果存在偏差就会立即做出调整,这就是猎鹰9号能够实现精准着落的保障。
不过只是精准着陆还不够,还需要安全,要让一个细长的火箭安稳地立在海面回收平台上,这不是一件容易的事,在前期试验过程中可就倒了好几回,酿成了火光冲天的惨况。所以为了能够让猎鹰9号立住,spaceX为它安装了由碳纤维和铝制成的支撑脚,展开之后跨度可以达到18米,如此才终于使猎鹰9号站稳了脚跟。猎鹰9号的精准回收是众多黑科技共同加持的结果,但猎鹰9号的回收之路却并不顺利,从最初研究到最终成功回收,总共历时4年半的时间,期间不知道炸了多少回,所以只有黑科技是不够的,要让科学变为科技产品,需要大量的实验和经验积累才能够做得到。
更多内容请关注公众号:sunmonarch