重复使用火箭的概念终于在2020年成为主流。随着这一年的发展,很显然,SpaceX发射客户已经对使用二手飞机(或经过飞行验证的飞机)更加自在。猎鹰9号火箭的第一阶段。十二月份,一个商业客户Sirius在Falcon 9助推器的第七次飞行中发射了XM-7卫星。同样,上个月,当美国国家侦察局在猎鹰9号第一阶段的第五次飞行中启动其NROL-108任务时,第一个国家安全有效载荷飞到了可重复使用的助推器上。
美国国家航空航天局也同意使用未来的Falcon 9火箭将载人航天飞机飞行到国际空间站,这是从2021年春开始乘载Crew-2航天飞机开始的。美国太空部队表示,将来也将在二手助推器上发射GPS III卫星。这些是美国具有最高价值的任务之一。
另一个重要的步骤是,第二家美国发射公司Rocket Lab开始展示火箭的再利用。该公司在2020年全年进行了试验,以保护在重返地球大气层期间电子第一阶段返回的方法。然后,它在11月首次恢复了电子阶段。
"回顾2020年,我们会说今年是一个分水岭,"航空航天公司发射和企业运营副总裁兰迪·肯德尔在接受采访时说。商业,民用和国家安全任务都表明了他们打算将最珍贵的有效载荷载于先前飞行的火箭上的意图。
NASA因在可重复使用的航天领域的开创性工作而受到赞誉。航天飞机是世界上第一个部分可重复使用的发射系统,其轨道飞行器和固体火箭助推器经过大量翻新后可以多次飞行。但这并不便宜-航天飞机在整个项目生命周期内的成本的最佳独立估计约为每次发射15亿美元。
在1990年代,NASA资助了Delta Clipper计划,以测试垂直起飞和垂直着陆。最终,它将从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射可重复使用的DC-X车辆12次,最大高度达到3公里。该计划在1996年因事故而取消,由于缺乏资金而被取消。
借助猎鹰9号火箭,SpaceX继承了垂直发射和降落火箭的概念。从航天飞机上,SpaceX了解到,仅制造一枚可重复使用的火箭还不够。运载火箭还必须能够以较低的成本快速重复使用。 SpaceX正在实现这一目标,因为它已将使用Falcon 9内核的周转时间缩短到不到两个月。尽管猎鹰9号比航天飞机小且功能弱,但每次飞行的成本却大大低于5,000万美元,占航天飞机飞行的3%。
"在这个行业工作了一段时间的人们一直在研究这个问题,并希望它会发生一段时间,然后突然之间您有一个转折点,"肯德尔说。毫无疑问,物理学可以被征服,这是经济学是否可以被征服的问题。将来,我认为大多数公司都会有一些元素重用。我与之交谈的每个人都在考虑这个问题。欧洲人,中国人和俄罗斯人都计划在未来十年内重新使用。"
自从SpaceX在2015年12月成功降落Falcon 9火箭以来,已经过去了五年。自那时以来,该公司又返回了约70枚火箭,并升空了49次助推器。在同一时期,SpaceX的主要竞争对手美国联合发射联盟(United Launch Alliance)已经飞行了26架消耗性的阿特拉斯V火箭。
"与过去5年来,阿特拉斯(Atlas)相比,我们飞行的助推器已经飞行了更多," SpaceX总裁兼首席运营官格温·肖特威尔(Gwynne Shotwell)说。随着回收的Falcon 9的第一阶段经常飞行并以100%的成功完成其主要任务,SpaceX的客户及其保险公司已对该车辆充满信心。
我们正在展示我们正在展示的东西,肖特韦尔说。 "在商业方面,保险界对此做出了适当的回应。无需为经过飞行验证的机票支付保费。我记得第一次给承销商做简报时说:“看,你们要让人们乘飞机经过证明的飞行。您会发现,已经驾驶过该火箭的飞机,从甲板上下车比较容易。您在第一次飞行中就将问题拧干了。'"
通过投资于再利用,SpaceX不仅能够大幅降低每次发射的成本,而且还释放了位于加利福尼亚州霍桑市的主要工厂的大量工厂空间,因为它不再需要建造9台新的Merlin发动机,并且每个飞行的第一阶段核心。
很棒的是,我们使用Falcon 9一年不必达到40个内核,因为我们正试图找出工厂的布局来做到这一点,肖特韦尔说。 "助推器生产显然要占用大量的占地面积。一年内不必建造40个助推器,对于该公司的灵活性和在其他项目上进行工作的能力非常有帮助,这毫无疑问。我们将一些猎鹰人转移到了龙族。当然,我们正在将一些猎鹰人和龙族人转移到星际飞船中。
火箭实验室也在寻求通过重用来提高其生产能力。火箭实验室联合创始人彼得·贝克说,通过一次重复使用第一阶段,该公司可以将其生产能力提高一倍,并满足客户的需求。
贝克说,他本来就对重用表示怀疑,特别是对于较小的轨道火箭。当火箭实验室在大约十年前开始开发其电子火箭时,SpaceX尚未成功降落Falcon 9火箭。实际上,当SpaceX制造出第一枚火箭时,较小的Falcon 1(仅比Electron大一点)就曾试图重复使用它。对于每个任务,降落伞都应该从第一阶段开始。但是,SpaceX从未成功地将完整的猎鹰1号第一阶段从海洋中捕捞。
仅在2017年和2018年,随着Electron开始飞行并且Beck研究了飞行数据,他才开始相信自己的火箭可以安全地带回地球。现在,贝克已经完成了一些初步测试,并计划在2021年进行更多的采油工作,现在已经转变为转换。
"如果Rocket Lab曾经制造过一种新车,那么从第一天起就可以重用,"他说。 "当我看到现在正在开发中的不可重用的新车时,我真的感到很惊讶。