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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

[转载 ]中国航天报报道的SpaceX公司  

2012-08-04 14:08:37|  分类: Discuz |  标签: |举报 |字号 订阅

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http://210.82.31.84:9000/rp/fs/cp/98/36/20120803/3/index.html
SpaceX:航天“苹果”改变太空探索?
——美国空间探索公司(SpaceX)发展线路剖析及启示

    编者按:
    5月22日15点44分,美国空间探索公司(以下通称SpaceX)使用法尔肯9火箭成功发射龙飞船(Dragon),这是人类航天探索史上首次向空间站发射商用飞船。
    火箭飞行10分钟后,龙飞船抵达340千米的轨道并成功分离,并于5月25日成功与国际空间站完成对接。
    作为一家私营航天企业,SpaceX在较短的时间内以较高的质量和较低的成本圆满完成了此次航天发射任务。究竟是一时英雄还是一世传奇,或许还有争论,但无论在技术方案创新还是管理效率方面,SpaceX都留下了宝贵的经验。
    目前,我国正处于从航天大国向航天强国迈进的关键阶段,面对高速增长的经济环境、日益增加的各项成本、航天型号保成功的巨大压力,我们应认真思索,如何去创新,如何去发展。
    本期航天论坛聚焦SpaceX的发展模式和途径,从中归纳总结宝贵经验和财富,以期对国内航天型号研制发射有所启示。

SpaceX,靠什么创造了传奇
    创新人才改变传统——
    1visionary+3launchers+1800employees=?
    提起SpaceX,就不得不提到该公司的总裁ElonMusk。
    ElonMusk并不是一位火箭专家,2002年,他利用创建的Paypal公司所得的收益成立了SpaceX,旨在研究如何降低火箭发射成本。
    这位企业领军人在SpaceX投了1亿美元,雄心勃勃地要将火箭发射费用降低到商业航天发射市场价格的1/10,并计划在未来研制世界最大的火箭用于星际移民。
    ElonMusk找到了美国航天领域的三位技术精英,他们都是火箭技术专家。
    这其中包括美国最大的引擎制造商TRW公司的液体推进器专家TomMueller,世界上没有人制造过比他造出的更大的发动机引擎;波音公司的TimBuzza,他在那里担任了15年的德尔它火箭测试主管;麦道飞机公司里主持大力神火箭的结构设计师ChrisThompson。
    ElonMusk曾被《华尔街日报》评为2011年度创新人物,获奖理由是同时在电动汽车、新能源和航天领域作出杰出贡献。
    而网络、新能源和空间探索是ElonMusk在大学时期就认定的人类未来最应关注的三大领域,他一个人同时在这三个领域作出了杰出的成就。这,也许就是创新人才的典范。
    毫无疑问,在SpaceX,ElonMusk是一位远见卓识的领军人才,三位火箭专家成为公司业务发展的中流砥柱,再加上1800名员工,共同缔造了私人航天企业的传奇。
    “1visionary+3launchers+1800employees”或许就等于传奇,正是他们,改变了传统。
  
    创新模式改变传统——
    商业运行模式为私营航天企业注入无穷活力
    目前,世界新兴的商业运载火箭包括SpaceX的法尔肯9中型火箭、法尔肯9重型火箭,轨道科学公司的金牛座2中型火箭、金牛座2增强型火箭,以及欧洲的联盟号ST中型火箭。
    SpaceX是一家创业公司,很多人将SpaceX视为包括“蓝色起源”、波音公司和“内华达山脉”在内的4家私营航天公司的领导者。
    SpaceX作为一个年轻的私营公司,在成立的10年时间内,先后实现了小型运载火箭、中型运载火箭和货运飞船的自主研制、试验和发射,并于2010年10月底正式成为美国首个获得联邦航空管理局(FAA)颁发的航天器“再入许可证”的私营公司。
    如今,SpaceX最终实现了飞船的再入和回收,成为首个实现此目标的私营航天企业。而此次发射的成功也极大地增强了美国私营公司发展商业航天运输系统的信心,更加坚定美国政府发展商业航天的决心。
    美国政府力推SpaceX这样的私营商业航天企业,将很有可能改变未来全球航天业的格局,特别是其高效的商业运行模式,一改过去数十年间世界各航天大国以举国体制发展航天事业的方式,也不同于少数几家巨头垄断整个市场以分享政府大订单的传统模式。而这种简单有效的商业模式带来的长远影响可能是颠覆性的。
  
    创新成本改变传统——
    创造了航天技术探索的成本传奇?
    近年来,SpaceX凭借其低廉的产品价格、迅猛的发展速度吸引了世人的眼球,但外界一直对其低成本的真实性存在质疑。
    2011年,该公司总裁发布了《为何美国可以战胜中国:SpaceX成本事实》的声明,介绍了该公司研制的“法尔肯火箭+龙飞船”组合的发射价格和公司成立至今的全部成本支出情况。
    根据这份声明,自2002年创立到2010年,SpaceX的全部支出不到8亿美元,其中包括法尔肯1、法尔肯9火箭和龙飞船的研制成本、在多处建设发射设施的成本、所有生产设施(目前的年生产能力可支持12次“法尔肯火箭+龙飞船”发射任务)的成本,以及已经完成的5次法尔肯1火箭发射、2次法尔肯9火箭发射和1次龙飞船再入试验的成本。
    法尔肯9火箭从开始研制到首飞仅用了4年半时间,耗资3亿多美元,近地轨道运载能力为9.65吨;龙飞船从研制到首次演示验证飞行也仅用了4年时间,耗资约3亿美元。声明中还提到,尽管近年来公司雇员和基础设施投资大量增加,但该公司从2007年开始实现了赢利,目前公司已有超过40次的飞行任务订单,也就意味着将有超过30亿美元的收入。
    不仅如此,2011年该公司还提出了可重复使用的“法尔肯9”的方案,目的就是进一步降低成本。同年,该公司正式启动了法尔肯重型火箭的研制。
    雄心勃勃的创建者、发达的工业基础、来自政府的大力支持、充分的竞争市场和先进有效的管理,使SpaceX具备了空前的成本优势,据说甚至压倒了人力成本较为低廉的印度和中国,创造了航天技术探索的传奇。
    SpaceX的研制模式值得我们继续研究和持续探讨。
  
    创新技术改变传统——
    制约创新的除了观念,还是观念
    SpaceX坚持的是低成本,而可重复使用是其认为实现低成本的有效途径。由于公司掌门人坚持要求回收助推级,Merlin引擎按照使用10次以上的标准设计,导致其测试进度也推迟了两年。
    强大的健康诊断能力是SpaceX火箭的又一优势。法尔肯9火箭3次发射,两次在点火前终止发射,其强大的火箭健康诊断能力令人咂舌。
    9台发动机、27台发动机,这是法尔肯9火箭和法尔肯重型火箭一级发动机数量。如果按照传统观念,0.99的27次方是0.76,这并不是一个让人放心的可靠性指标,但是法尔肯火箭为什么这么选择?
    资料检索说明,法尔肯9火箭热试车过程中向煤油和液氧输送管线中添加不锈钢螺丝模拟故障,对引擎基本无影响。这又反映了怎样的技术细节?
    四个钢支架垂直回收,看上去似乎并不可行,但是“法尔肯9”的试验仍在进行中。
    再回到火箭发动机,为了获取测试数据,目前法尔肯9火箭每次飞行前都要进行静态点火试验。另外还有一个令人震惊的数据,火箭预定发射日期是5月19日,这距离实际发射日期5月22日仅仅3天之隔,3天时间之内,液氧煤油发动机再次点火,并且发射成功。
    ElonMusk在本次发射前一直表态,这只是一次试验,严格来说并不是一项飞行任务。验证一项技术方案可行性的最好方法就是不断地试验,甚至用飞行去试验。
    技术创新永无止境,创新的力量是无穷的。乔布斯用一个“苹果”改变了IT,改变了世界;被华尔街称为乔布斯之后的ElonMusk,有可能在不远的未来,用SpaceX改变太空探索。

SpaceX火箭未来发展预测

    1.商业轨道运输服务计划发射任务
    SpaceX在法尔肯系列火箭的研制方面一直秉承低成本、高可靠性和快速响应的理念,因而受到美国政府和企业的青睐。
    法尔肯9火箭和龙飞船系统也被美国宇航局选作商业轨道运输服务计划的备选方案之一。
    根据SpaceX最新公布的发射清单,在2015年前该公司将进行30次法尔肯9火箭的发射任务,其中以发射龙飞船执行国际空间站运输任务为主。
  
    2.改进型法尔肯9火箭计划2013年首飞
    SpaceX表示已为2013年初首枚改进型法尔肯9运载火箭的发射做好了准备。
    改进型法尔肯9运载火箭包含了一系列新特征,最重要的一点是它的一子级将使用“隼1D”发动机(推力为689千牛)取代之前的“隼1C”(推力为623千牛)发动机,火箭的运载能力得到提高。
    SpaceX总裁表示,首枚改进型法尔肯9火箭的发射将在范登堡空军基地进行,届时火箭将把质量约363公斤的加拿大气象研究和通信卫星发射至近地轨道。2012年12月,该火箭的所有硬件设施将准备就绪。此外,改进型法尔肯9火箭的首次地球同步转移轨道任务也将在2013年进行。
  
    3.法尔肯重型火箭启动研制
    SpaceX于2011年4月5日对外宣布,将建造法尔肯重型运载火箭。同年7月13日,SpaceX在范登堡空军基地为其正在研制的法尔肯重型运载火箭举行了发射设施动工仪式,这标志着法尔肯重型运载火箭的研制工作正式启动。
    法尔肯重型火箭长69.2米,芯级最大直径3.6米,整流罩直径5.2米,起飞质量1400吨,起飞推力17000千牛,近地轨道运载能力53吨。
    法尔肯重型运载火箭的一子级由3个改进型法尔肯9火箭的一子级组成,即采用芯级加2枚捆绑助推器的构型。芯级和每枚助推器都使用9台改进型“隼”发动机。法尔肯重型运载火箭设计具有极高的安全性,保留了法尔肯9火箭的特殊安全设计,如能够在多台发动机发生故障的情况下继续工作并完成发射任务。除满足货物运输的发射需求外,法尔肯重型运载火箭也被设计用于载人航天飞行。
  
    4.可重复使用法尔肯9火箭方案出炉
    2011年9月30日,SpaceX总裁ElonMusk在华盛顿国家新闻俱乐部的演讲中,首次披露了该公司研发完全可重复使用火箭的消息,这种新型火箭将是法尔肯9火箭的可重复使用版。
    完全可重复使用法尔肯9火箭包括重复使用的一级、二级和飞船,第一级由亚轨道垂直返回发射场,火箭第二级再入时需要热防护系统的保护,第二级垂直返回发射场。在轨道分离后,火箭的两级会返回地面并在发射台着陆。两级火箭不会像航天飞机那样滑翔返回,而是垂直下落,最后靠四个支架逐渐下降。然后补充燃料和修复,并重新发射。
    为了研发完全可重复使用法尔肯9火箭,SpaceX秘密实施了“蚱蜢”计划,来验证相关技术。
    “蚱蜢”由法尔肯9火箭的第一级贮箱构成,配有四个钢着陆支架和一个钢支撑结构,完全可重复使用,火箭垂直起飞和依靠火箭动力垂直着陆。高空中该火箭利用火箭动力推动飞船。正常起飞后,火箭和飞船分离,圆柱形火箭依靠空气动力学自制导返回地面,盘旋着垂直下降至发射台并利用四个钢支架着陆,而不是靠机翼返回。预期龙飞船通过发射终止发动机实现控制软着陆,两级火箭仅靠火箭动力反推而不是降落伞朝向不同的着陆点返回地球。
  
    5.私营发射场或选定南德克萨斯州
    据航天飞行在线网站今年4月10日报道,SpaceX正在考察在南德克萨斯州建设一个既可用于商用法尔肯火箭发射任务,又可进行可重复使用亚轨道火箭试验的私营发射场,但是对于发射场的选址并未给出最终决定。
    本版文章由一院一部提供
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