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长征9号回收新姿势,空中“拦腰抱起”,也要学马斯克星舰?

大陆未来载人登月和登陆火星,主要依靠长征9号和新921火箭,而长征9号目前曝光已有两个方案,一种是捆绑式的2011版,而另一种则是和N1火箭、“星舰”下半截一样,采用多台发动机并联的2021版。另外,像“星舰”一样,我们的长征9运载火箭也是可以回收重复使用的,但是在回收方式上,可能有些不同。

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两个版本的长征9火箭

“星舰”第一级,也就是“超级重型”的回收,用马斯克的话来说,就是用“机甲酷斯拉”空中捕获,即通过发射塔上的两个机械臂,拦腰抱住返回的火箭。更形象来说,就像用筷子夹住炸薯条一样,但是这根“炸薯条”重达200吨,即使燃料耗尽之后,也是分量不轻的庞然大物。

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马斯克的“机甲酷斯拉”

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机械臂捕获下降中的超级重型火箭

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其实更像筷子夹鸡蛋

这里面存在许多技术难点,比如如何保证“超级重型”在完成发射任务之后,精准落回发射台架?涉及的矢量控制和定位技术,比百步穿杨还要困难一些。另外,当捕获机械臂接触到火箭箭体的时候,如何保证力量恰到好处?从比例上说,火箭箭体比易拉罐还要“薄”一些,捕获机械臂力量稍大一点,就可能将它“捏瘪”。

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已经安装到位的捕获机械臂

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星舰回收方式

另外,马斯克的方案是通过“超级重型”顶部的栅格翼,搭在捕获机械臂上,从而实现火箭的停稳,这就要求四个栅格翼能够承受“超级重型”所有的重量,所有的压力,都在栅格翼和箭体的连接处,这对它们的材料、结构强度提出了极高的要求,

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所有的压力都在栅格翼上

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小小的栅格翼撑得住吗?

在“超级重型”火箭停稳熄火之后,精度肯定是无法保证100%对准发射台的。这时就需要将它横向、纵向移动,马斯克的方案是给发射塔和捕获机械臂装上履带,就像火箭发射前的垂直转运一样,在理论和技术上完全行得通。不过,前提是真的能够“抓住”降落中的火箭。

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塔身和机械臂都通过履带移动

而我们的长征九号,在回收方案上可以比“超级重型”更进一步,比如在捕获机械臂的基础上,再增加一根用小火箭驱动的吊索和连接头,捕获机械臂去抓这根吊索和连接头,而不是箭体本身,这样的话就可以减少力量控制不准,“捏瘪”箭体的几率。

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这个回收方案够有意思的

另外,还可以采用双抛索的方式,由小火箭牵引着它向两侧抛出,分别搭住一个机械臂,,然后再缓缓降下,直到箭体安全落地。这样的设计,比起落架式更为稳固。马斯克的“猎鹰”火箭回收时,曾多次发生滑动、倾倒的事故,就是因为不够稳定。

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这样更稳定?

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猎鹰火箭回收失败

而2011版捆绑式长征9的回收,外界估计会和长征8R一样,采用助推器和芯一级整体回收的方式,技术细节要等到长征8R首飞之后再看。和长征8R不同的是,无论是“超级重型”还是长征九号,需要回收的部分实在是太大太重了,如何抵消它们的重力势能?比长征8R、猎鹰都要难出好几个数量级,所以才不得不祭出捕获机械臂这样一个绝招。

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长征8R的整体回收方案

不过,如此一番折腾,可能仅回收部分的花费,和为回收留下的燃料、损失的载荷,就得不偿失,也许不是所有火箭都需要回收重复利用的,这里面有一个阈值和界限,涉及到技术之外更复杂的经济问题,需要一点点去试出来。

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可回收火箭真的是未来吗?

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