盘点火箭回收的三种方法

科学视角看世界 2024-10-20 23:11:33

自从这几年马斯克的火箭完成回收以来,火箭的可回收技术渐渐被人类所熟知,导致大家以为该技术是新兴技术,其实不然,从上世纪60年代人了已经开始研究可回收运载火箭,毕竟它再怎么高端,也归属于交通运输工具,火箭诞生后,分类面临的课题就是如何降低它的使用成本,为此人类尝试过多种办法,例如批量化生产,零件成本白菜化,结构100%转化为燃料,可重复使用等等,经过半个多世纪的折腾,发现可重复使用可靠性比较高,今天小编就简单介绍火箭回收的三种方法。

可重复使用运载火箭的回收方式目前分为三大类:伞降回收、升力式水平回收、垂直回收

每种方式都有各自的优缺点,垂直回收保留了传统火箭的构型设计,运载器整体结构效率较高,着落点要求低,非常适合在外星着陆起飞,它的代表就是马斯克的猎鹰系列。

马斯克的猎鹰系列

垂直回收目前只适用于大中型火箭,因为这种类型的火箭发动机数量多,子级模块规模大,容易实现大范围的推力调节,相反地,中小型运载火箭, 发动机数量少、推力大、推力深度调节困难,很难实现垂直回收(火箭技术难以突破的情况下,借助多台发动机实现推力的深度调节,也是无奈之举)。

伞降回收对动力系统的要求低,不需要发动机再次点火,对此也不存在推进剂管理等需求,整流罩、返回舱一般选择伞降回收,但回收体规模也较小,着陆冲击难以克服。

伞降回收

升力式水平回收可以采用火箭动力或组合动力,它的代表是航天飞机,但由于水平起降需要设计较大的机翼和起落架等装置,并需要特定跑道进行降落,工艺极度复杂,超过250万个零件,一次的发射消耗和后期维护总费用高达15亿美元。

美国NASA的航天飞机

在运载能力损失方面,伞降回收对运载能力损失一般不超过10%;垂直回收,返回原场损失幅度达到40%以上,不返回原场,损失达到 20%以上;升力式水平回收,返回原场需要进行 横向减速,运载能力损失较大;不返回原场相对损失小一些,但两者的运载能力损失均在30%以上。

不同回收方式的对比

根据自己的需求选择合适的回收方式。各种回收方式都具有自身的特点,对于选择何种 回收方式,应根据自身运载火箭的技术及发展情况, 以及自身的任务需求,进行最合适的选择。

除了上面三种方法,还有一些其他方法,例如空中转接。

顾名思义,助推器在与火箭主体分离后下降到一定高度,自动打开降速伞,目的是使其在空中逗留足够多的时间,以便地面追踪系统能够捕捉到它,捕捉到后,再召唤附近的直升机前去“接驾”,直升机到目标附近后,伸出绳索抓住目标,最后以吊装形式将助推器安全送到地面。

美国火箭实验室(也是和Space-X一样的私人公司)曾在2022年尝试两次使用直升机捕捉火箭助推器,很可惜都失败了,第一次在5月份,直升机成功捕获了降落的助推器,但因为助推器的实际重量比预计的大了很多,最终被迫释放助推器,第二次是11月份,还没到直升机前去接驾的环节,地面追踪系统就把目标给跟丢了。

空中转接大概就是这个样子

还有建议使用巨型气囊,类似于消防逃生用的那种,长宽十几公里,厚度一百米,大面积可以弥补精度的不足,一百米的厚度可以吸收缓冲力,主打的就是一个任性,提高不了自身,就改变外界环境。

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