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長征9号回收新姿勢,空中“攔腰抱起”,也要學馬斯克星艦?

大陸未來載人登月和登陸火星,主要依靠長征9号和新921火箭,而長征9号目前曝光已有兩個方案,一種是捆綁式的2011版,而另一種則是和N1火箭、“星艦”下半截一樣,采用多台發動機并聯的2021版。另外,像“星艦”一樣,我們的長征9運載火箭也是可以回收重複使用的,但是在回收方式上,可能有些不同。

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兩個版本的長征9火箭

“星艦”第一級,也就是“超級重型”的回收,用馬斯克的話來說,就是用“機甲酷斯拉”空中捕獲,即通過發射塔上的兩個機械臂,攔腰抱住傳回的火箭。更形象來說,就像用筷子夾住炸薯條一樣,但是這根“炸薯條”重達200噸,即使燃料耗盡之後,也是分量不輕的龐然大物。

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馬斯克的“機甲酷斯拉”

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機械臂捕獲下降中的超級重型火箭

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其實更像筷子夾雞蛋

這裡面存在許多技術難點,比如如何保證“超級重型”在完成發射任務之後,精準落回發射台架?涉及的矢量控制和定位技術,比百步穿楊還要困難一些。另外,當捕獲機械臂接觸到火箭箭體的時候,如何保證力量恰到好處?從比例上說,火箭箭體比易拉罐還要“薄”一些,捕獲機械臂力量稍大一點,就可能将它“捏癟”。

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已經安裝到位的捕獲機械臂

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星艦回收方式

另外,馬斯克的方案是通過“超級重型”頂部的栅格翼,搭在捕獲機械臂上,進而實作火箭的停穩,這就要求四個栅格翼能夠承受“超級重型”所有的重量,所有的壓力,都在栅格翼和箭體的連接配接處,這對它們的材料、結構強度提出了極高的要求,

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所有的壓力都在栅格翼上

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小小的栅格翼撐得住嗎?

在“超級重型”火箭停穩熄火之後,精度肯定是無法保證100%對準發射台的。這時就需要将它橫向、縱向移動,馬斯克的方案是給發射塔和捕獲機械臂裝上履帶,就像火箭發射前的垂直轉運一樣,在理論和技術上完全行得通。不過,前提是真的能夠“抓住”降落中的火箭。

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塔身和機械臂都通過履帶移動

而我們的長征九号,在回收方案上可以比“超級重型”更進一步,比如在捕獲機械臂的基礎上,再增加一根用小火箭驅動的吊索和連接配接頭,捕獲機械臂去抓這根吊索和連接配接頭,而不是箭體本身,這樣的話就可以減少力量控制不準,“捏癟”箭體的幾率。

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這個回收方案夠有意思的

另外,還可以采用雙抛索的方式,由小火箭牽引着它向兩側抛出,分别搭住一個機械臂,,然後再緩緩降下,直到箭體安全落地。這樣的設計,比起落架式更為穩固。馬斯克的“獵鷹”火箭回收時,曾多次發生滑動、傾倒的事故,就是因為不夠穩定。

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這樣更穩定?

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獵鷹火箭回收失敗

而2011版捆綁式長征9的回收,外界估計會和長征8R一樣,采用助推器和芯一級整體回收的方式,技術細節要等到長征8R首飛之後再看。和長征8R不同的是,無論是“超級重型”還是長征九号,需要回收的部分實在是太大太重了,如何抵消它們的重力勢能?比長征8R、獵鷹都要難出好幾個數量級,是以才不得不祭出捕獲機械臂這樣一個絕招。

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長征8R的整體回收方案

不過,如此一番折騰,可能僅回收部分的花費,和為回收留下的燃料、損失的載荷,就得不償失,也許不是所有火箭都需要回收重複利用的,這裡面有一個門檻值和界限,涉及到技術之外更複雜的經濟問題,需要一點點去試出來。

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可回收火箭真的是未來嗎?

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