科技新聞?dòng)?1月8日，在迄今為止最活躍的2020年，美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)重復(fù)使用里程碑，向快速重復(fù)使用的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。展望2021年，SpaceX的目標(biāo)是發(fā)射48次，并讓火箭助推器的重復(fù)使用次數(shù)達(dá)到10次。
SpaceX去年首次實(shí)現(xiàn)了獵鷹9號(hào)火箭助推器的第五次、第六次和第七次發(fā)射，并大大縮短了助推器重復(fù)使用的周轉(zhuǎn)時(shí)間，最快的周轉(zhuǎn)時(shí)間降至51天。這不僅打破了SpaceX自己創(chuàng)造的紀(jì)錄，也打破了亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)54天的最快周轉(zhuǎn)時(shí)間，后者是35年來(lái)軌道類飛行器最短周轉(zhuǎn)時(shí)間的世界紀(jì)錄保持者。
2020年也標(biāo)志著SpaceX實(shí)現(xiàn)了有效載荷整流罩重復(fù)利用的幾個(gè)里程碑。該公司發(fā)射了多個(gè)整流罩，其中很多回收重復(fù)使用了三次，包括在最近商業(yè)發(fā)射任務(wù)中首次使用回收的整流罩。SpaceX還在整流罩回收方面取得了更大成功。在2020年發(fā)射的42個(gè)半片整流罩中，有35片在回收后沒(méi)有明顯損壞，只需稍加修復(fù)即可重新使用。在回收的整流罩中，有7片被回收船捕獲。
回收再利用
由于重新進(jìn)入大氣層過(guò)程中的極端環(huán)境挑戰(zhàn)，大多數(shù)組織都沒(méi)有嘗試回收和再利用零部件。然而，SpaceX自2002年成立以來(lái)始終致力于回收和再利用。
在獵鷹1號(hào)火箭的第一次飛行中，SpaceX就曾試圖輕輕地濺落助推器。獵鷹1號(hào)火箭的回收計(jì)劃非常類似于Rocket Lab回收其“Return to Sender”任務(wù)的助推器，即使用降落傘輕輕地濺落到海洋中。然而，很可能是由于缺乏適當(dāng)?shù)母魺岷蚏CS推進(jìn)器，所有這些嘗試都沒(méi)有成功，因?yàn)橹破鳠o(wú)法完好無(wú)損地再入大氣層。SpaceX在前兩次獵鷹9號(hào)火箭飛行中也嘗試了這種回收方法。
獵鷹火箭的降落傘回收從來(lái)都不是長(zhǎng)期的解決方案。相反，SpaceX希望回收獵鷹9號(hào)(或獵鷹1號(hào))火箭助推器，以更好地了解它在飛行和再入大氣層過(guò)程中的表現(xiàn)。在前兩次獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射之后，SpaceX放棄了用降落傘回收助推器的嘗試，開(kāi)始測(cè)試推進(jìn)著陸所需的技術(shù)。他們的第一個(gè)測(cè)試物品是B0002助推器，后來(lái)更廣為人知的名字是“蚱蜢”（Grasshopper），它跳躍了8次，高度從幾米到800米不等。SpaceX主要使用蚱蜢來(lái)證明其懸停著陸(推力與重量之比大于1)、抗風(fēng)和水平轉(zhuǎn)向的能力。
在蚱蜢計(jì)劃之后，SpaceX將B1002改造成了F9R。F9R是一款保真度更高的火箭原型，有可折疊的著陸腿、柵格尾翼以及獵鷹9V1.1和更高版本使用的更大儲(chǔ)罐。在這些測(cè)試計(jì)劃中，SpaceX開(kāi)始測(cè)試獵鷹9號(hào)火箭任務(wù)中的再入大氣層和著陸燃燒情況，成功完成了幾次軟著陸。
2015年，在無(wú)人駕駛回收船上進(jìn)行了幾次著陸嘗試后，SpaceX于2015年12月22日成為第一個(gè)以推進(jìn)方式回收軌道級(jí)火箭助推器的公司，當(dāng)時(shí)B1019成功降落在1號(hào)著陸區(qū)（LZ-1）。
獵鷹9號(hào)火箭助推器回收統(tǒng)計(jì)
自2015年SpaceX首次回收B1019助推器以來(lái)，該公司已經(jīng)成功著陸助推器70次。雖然大多數(shù)著陸嘗試都是成功的，但也有些小問(wèn)題導(dǎo)致了著陸失敗。下面的圖表顯示了各年的回收成功率：可以看出，雖然2020年的助推器著陸成功率低于2017年和2019年，但由于除了SpaceX的飛行中中止測(cè)試是可回收的發(fā)射外，2020年是有史以來(lái)回收助推器百分比最高的年份。
自從SpaceX首次在SES-10上使用回收助推器以來(lái)，該公司始終在穩(wěn)步增加每個(gè)助推器的飛行任務(wù)數(shù)量。由于Block 5升級(jí)到獵鷹9號(hào)應(yīng)該只需最少的翻新就能支持多達(dá)10次飛行，2020年單個(gè)助推器的重復(fù)飛行次數(shù)從4次增加到7次。
在整個(gè)2020年，Block 5雄心勃勃的再利用目標(biāo)變得越來(lái)越現(xiàn)實(shí)。今年早些時(shí)候，B1058從亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)手上奪得了重復(fù)使用周轉(zhuǎn)時(shí)間的最短世界紀(jì)錄，SpaceX的載人試飛任務(wù)Demo-2和ANASIS-II任務(wù)之間的周轉(zhuǎn)時(shí)間為51天。在創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄后不久，B1060在不到51天的時(shí)間里再次打破紀(jì)錄。
火箭助推器的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間在2020年也明顯縮短，尤其是下半年。自2020年7月以來(lái)，獵鷹助推器的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為75天，明顯低于2017年、2018年和2019年的225天、224天和139天的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。
獵鷹9號(hào)火箭整流罩回收統(tǒng)計(jì)
在2020年，SpaceX開(kāi)始定期回收和重復(fù)使用半片整流罩，完好回收的整流罩也越來(lái)越多。事實(shí)上，SpaceX在2020年發(fā)射的整流罩中，除了7片外，所有的整流罩都被完好回收。這些整流罩中有些被重新焊接，有些已經(jīng)回收并重復(fù)使用了3次。
SpaceX在2020年有兩次助推器回收失敗。第一次發(fā)生在第五批星鏈衛(wèi)星發(fā)射期間，原因是向獵鷹9號(hào)火箭發(fā)送的風(fēng)數(shù)據(jù)不正確，導(dǎo)致助推器中止著陸，并輕輕地濺落在遠(yuǎn)離無(wú)人回收船的海洋中。
第二次著陸故障發(fā)生在第六批星鏈衛(wèi)星發(fā)射期間，當(dāng)時(shí)助推器上的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)在主機(jī)關(guān)閉前發(fā)生故障。發(fā)動(dòng)機(jī)失敗的原因是傳感器中有異丙醇?xì)埩粑�，這是清潔過(guò)程中留下的殘留物。在引擎關(guān)閉的情況下，獵鷹火箭無(wú)法放慢速度，無(wú)法在重返大氣層中幸存下來(lái)。值得注意的是，這兩次發(fā)射的主要任務(wù)都取得了成功，使獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射的成功率達(dá)到100%。
隨著每個(gè)獵鷹火箭助推器重復(fù)發(fā)射次數(shù)的增加，周轉(zhuǎn)時(shí)間的減少，整流罩重復(fù)使用和回收次數(shù)增加，以及23次成功著陸，SpaceX創(chuàng)下了火箭回收的新常態(tài)。這一趨勢(shì)將在2021年繼續(xù)下去，埃隆馬斯克（Elon Musk）設(shè)定的目標(biāo)是在今年發(fā)射48次，助推器實(shí)現(xiàn)10次重復(fù)使用，整流罩重復(fù)使用次數(shù)也達(dá)到10次。 （科技新聞審校/金鹿）
