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聽說最近美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX又在頻頻搞大事了。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月30日，搭載兩名美國(guó)宇航員的SpaceX龍飛船發(fā)射成功，乘“獵鷹9號(hào)”火箭飛往國(guó)際空間站。這是美國(guó)自2011年亞特蘭蒂斯號(hào)航空飛船退役后，首次有航天員從美國(guó)本土進(jìn)入太空，也是史上首次商業(yè)載人航天發(fā)射。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月3日，SpaceX又用獵鷹9號(hào)將第八批60顆“星鏈”衛(wèi)星送入地球軌道，自2019年5月首批 “星鏈”衛(wèi)星發(fā)射入軌以來，該公司的“星鏈計(jì)劃”已進(jìn)入穩(wěn)步實(shí)施階段。

 

火箭回收與回收機(jī)器人

SpaceX作為私人商業(yè)公司，為了追求商業(yè)利益最大化，無疑要降低火箭發(fā)射和載人航天的成本。而這其中，火箭回收和復(fù)用是商業(yè)航天成本下降的最主要原因。

一級(jí)火箭助推器是火箭發(fā)射過程中最值錢的部分，占總發(fā)射成本的60%。獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭是歷史上第一個(gè)可以多次重復(fù)使用一級(jí)助推器的運(yùn)載火箭，并且在陸地、海上都可垂直著陸。

獵鷹9號(hào)一級(jí)助推器在海上駁船著陸（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

自2015年12月22日，獵鷹9號(hào)一級(jí)火箭首次成功陸地回收起，截至目前SpaceX已進(jìn)行了53次火箭成功回收（其中34次海上回收），重復(fù)使用23枚、發(fā)射復(fù)用火箭36次。獵鷹9號(hào)曾創(chuàng)下一箭五飛五回收的記錄，也就是說，同一枚火箭要經(jīng)受住五次上天入地的嚴(yán)酷考驗(yàn)，這樣的成績(jī)?cè)谌澜绲默F(xiàn)役、退役火箭中都傲視群雄。

在獵鷹9號(hào)的回收過程中，還有一位“默默無聞”的重要角色，它就是海上回收駁船上部署的坦克型回收機(jī)器人——Octagrabber。它可以由工作人員遙控移動(dòng)至火箭底部，用四個(gè)液壓臂和堅(jiān)固的鋼架抓住火箭助推器的內(nèi)置夾鉗，使其在海上保持穩(wěn)定，防止火箭在運(yùn)送過程中因駁船顛簸而滑落海中。

獵鷹9號(hào)回收駁船與坦克型回收機(jī)器人“Octagrabber”（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

在以往的發(fā)射中，體型堪比建筑物的火箭在回收駁船上著陸后，需要由工作人員將固定裝置就地焊接在甲板上，再與火箭進(jìn)行連接以達(dá)到固定火箭的目的。在此過程中，工作人員難免要冒著火箭側(cè)翻、滑動(dòng)或剩余燃料泄漏的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行作業(yè)。

自2017年年中Octagrabber投入使用以來，它幾乎參與了每一次東海岸駁船的火箭回收工作，在獵鷹9號(hào)的回收過程中發(fā)揮了不可忽視的作用。雖然它增加的價(jià)值尚不清楚，目前也沒有實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化，但它縮短了火箭從著陸到固定的時(shí)間，減少了駁船維護(hù)和火箭到港卸船的工作量，并且更大程度地保證了工作的安全性，是順應(yīng)海上回收流程發(fā)展的重要產(chǎn)物。

無獨(dú)有偶，我國(guó)航天公司在火箭回收技術(shù)上也在不斷突破和發(fā)展。5月27日，我國(guó)民營(yíng)商業(yè)航天公司星際榮耀空間科技有限公司 “焦點(diǎn)一號(hào)”可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)成功完成二次啟動(dòng)長(zhǎng)程500秒試車。此次試車成功，標(biāo)志著“焦點(diǎn)一號(hào)”成為中國(guó)首臺(tái)具備二次啟動(dòng)能力的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)——這也是運(yùn)載火箭垂直回收的一項(xiàng)核心技術(shù)。

“焦點(diǎn)一號(hào)”二次啟動(dòng)技術(shù)的突破也為星際榮耀研制的可重復(fù)使用運(yùn)載火箭“雙曲線”系列的成功入軌發(fā)射奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。據(jù)介紹，“焦點(diǎn)一號(hào)”是星際榮耀自主研發(fā)的15噸級(jí)可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)可重復(fù)使用次數(shù)達(dá)30次，可以為火箭節(jié)省70%以上的制造成本，大大降低了太空探索的成本。

 

整流罩回收與復(fù)用

“星鏈”計(jì)劃作為SpaceX的核心項(xiàng)目之一，擬于2019年至2024年間發(fā)射約12,000顆衛(wèi)星到近地軌道，構(gòu)建一個(gè)巨型3層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。如此龐大的衛(wèi)星部署數(shù)量，使得整流罩的回收也成為了一個(gè)不得不說的故事。

SpaceX在2018年2月22日發(fā)射兩枚“星鏈”測(cè)試衛(wèi)星時(shí)首次使用了可回收的衛(wèi)星整流罩。配置了降落傘和反應(yīng)控制系統(tǒng)的整流罩分離后，在受控狀態(tài)下啟動(dòng)推進(jìn)器，并采用降落傘模式受控減速。SpaceX設(shè)想的最佳回收方式是用捕手網(wǎng)船釋放巨大的網(wǎng)狀傘翼，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)捕回收。次級(jí)回收方式則是整流罩受控定向落入海中，進(jìn)行打撈回收。

整流罩回收捕手網(wǎng)船（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

首次實(shí)現(xiàn)整流罩重復(fù)使用則是在2019年11月11日發(fā)射首批1.0版“星鏈”任務(wù)時(shí)創(chuàng)造的復(fù)用里程碑，采用的是2019年4月12日第二枚重型獵鷹發(fā)射時(shí)使用過的整流罩。雖然SpaceX并不是每一次都能精準(zhǔn)無誤地用網(wǎng)船把整流罩接住，但畢竟價(jià)值近600萬美元的整流罩，每撈回一片都是一筆可觀的數(shù)目。從縮減成本、節(jié)約資源、減少危險(xiǎn)和垃圾的角度來說，回收和復(fù)用無疑是一個(gè)良心舉措。

受控濺落海中的衛(wèi)星整流罩（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

在整流罩技術(shù)創(chuàng)新方面，我國(guó)自然也在不斷探究、進(jìn)步。6月11日，由航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制的長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛，成功將“海洋一號(hào)D”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

據(jù)火箭院長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭主任設(shè)計(jì)師高家一介紹，此次任務(wù)主要是針對(duì)整流罩在下落過程中變形大的問題進(jìn)行了改進(jìn)。整流罩是個(gè)直徑大、內(nèi)部空心的薄壁結(jié)構(gòu)，在下落過程中極易發(fā)生變形，造成整流罩的損壞。為此，型號(hào)隊(duì)伍通過在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加一根X形梁和一根橫梁，提高整流罩的抗變形能力，使其在下落過程中不容易變形和受到損壞。

此外，整流罩上還首次安裝了光纖應(yīng)變傳感器，用來測(cè)量整流罩下落過程中受到的應(yīng)變、應(yīng)力等參數(shù)，為分析整流罩下落過程的受力情況以及后續(xù)改進(jìn)措施提供了參考依據(jù)。相信這樣的技術(shù)改進(jìn)，能為提升長(zhǎng)二丙火箭的任務(wù)適應(yīng)能力帶來更大的空間。

 

工業(yè)級(jí)元器件的運(yùn)用

除了火箭和整流罩的回收及復(fù)用，工業(yè)級(jí)元器件在航天領(lǐng)域的運(yùn)用也早已不是什么新鮮事，并且這也為企業(yè)帶來了降本增效的顯著效果。據(jù)相關(guān)報(bào)道稱，獵鷹9號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)及龍飛船上配備的計(jì)算機(jī)并沒有使用價(jià)格極其昂貴的宇航級(jí)抗輻射處理器，而是采用了加固的民用計(jì)算機(jī)芯片。

其實(shí)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的制造商中，有許多企業(yè)正在為航空航天制造廠商提供元器件和解決方案，其中不乏PLC、電氣連接、工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)控制等產(chǎn)品。單單就以火箭從運(yùn)載中心移動(dòng)到發(fā)射臺(tái)的過程中，所運(yùn)用到的自動(dòng)化產(chǎn)品就不計(jì)其數(shù)。為了完成火箭制造與發(fā)射的各個(gè)環(huán)節(jié)中更復(fù)雜、更精密的作業(yè)任務(wù)，各種智能裝備所發(fā)揮的作用不容忽視。

隨著更多人工智能和自動(dòng)化技術(shù)的加入，隨著商業(yè)航天的發(fā)展和深入，未來的航天領(lǐng)域或許就是會(huì)呈現(xiàn)出更高效的重復(fù)利用、更簡(jiǎn)單的操控方式、更接地氣的技術(shù)與產(chǎn)品。

 

工業(yè)自動(dòng)化展（IAS）作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的重要展示平臺(tái)，匯聚國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)，集中展示：生產(chǎn)及過程自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化信息技術(shù)及軟件等產(chǎn)品。體現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)，并緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，力爭(zhēng)成為產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)變革的風(fēng)向標(biāo)。今年9月15-19日國(guó)家會(huì)展中心，第22屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)將會(huì)如期舉辦，多展聯(lián)動(dòng)，重磅打造一站式采購服務(wù)平臺(tái)。

 

 

參考文獻(xiàn)：

人民網(wǎng)：SpaceX一飛沖天 馬斯克離火星又近了

中國(guó)新聞網(wǎng)：星際榮耀突破火箭回收關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)完成二次啟動(dòng)試車

知乎：SpaceX迎來第50次飛，整流罩首次受控安全回收！盡管不是網(wǎng)捕的

人民網(wǎng)：長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭成功發(fā)射海洋1D衛(wèi)星

工控網(wǎng)：中國(guó)首枚民營(yíng)自研火箭首飛——高端制造業(yè)的騰飛

 

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