SpaceX 成功回收一級火箭的技術真的可以降低 99% 的發射成本? | 知乎問答精選

 

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SpaceX 成功回收一級火箭的技術真的可以降低 99% 的發射成本?

2019年05月26日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 3 ℃ 次

【崔忱的回答(6票)】:

要是只算燃料成本的話,確實是降低了99%。

但是我個人認為綜合起來,不會那麼樂觀,畢竟重複使用前要增加大量的檢測維修環節。畢竟大家應該都碰到過:有時候修一件舊東西,比買一件新東西還貴,對吧?

至於中國發射衛星,隨手搜的:泰國公主咨詢中國照相衛星 分辨率0.7米僅10億元

【太空精釀的回答(29票)】:

從理論上講,火箭的發射成本裡面,燃料的費用非常低,相比單次獵鷹九號5400萬美元的發射費用,它的燃料費只有20萬美元,所以如果能回收單看數據自然大大節約了成本。但從實際意義上講,不可能節約到99%的狀態,甚至在現有的技術上都不一定能節約成本。

一個例子是著名的航天飛機計劃,本來所有的設計就是希望航天飛機能反覆回收利用節約成本,但事後證明美國的這個計劃並不是完全成功。a. 首先系統必須做的極度複雜,應對航天飛機的發射與控制,這樣無疑增大了各種系統的風險。航天裡最簡單的永遠是效率最高的,這是鐵律,也是為什麼其他國家幾乎都是一次性發射飛船;b. 其次航天飛機著陸之後重複使用的難度大大加大,需要大量維護費用,比如飛機表面所有塗層極其昂貴,發動機的維護更是天價,不亞於再換一台新的。所以相較而言,航天飛機的性價比一點都不高,但無奈美國在同時沒有其他可以替代的有效計劃,只能硬著頭皮花大把的預算繼續使用。後來的挑戰者號和哥倫比亞號的毀滅,則直接導致了這個項目逐漸下馬。蘇聯人早就意識到了這一點,他們的暴風雪號航天飛機做好之後,基本沒有用過,也在某種程度上證明了這種可回收空天飛行器不太值得。

航天飛機

可以看到美國的航天飛機花費單次花費為近15億美元!完爆其他的所有航天任務,例如著名的火星探測、深空的旅行者計劃,所以重複不見得便宜。不過目前Space-X這個真心很便宜了,只不過糾結於它是否也會像航天飛機一樣,下面會有分析。

另外在航空方面也有B-2和SR-71兩款著名的飛機作為例子,技術上各種酷炫,但極其昂貴的造價和飛行完的維護費用,真的也只有美國扛得住了。比如說,如果B-2不是去扔一顆戰略的核彈,基本上它飛一次花掉的錢比扔下去的導彈炸彈都值錢。

B2轟炸機

SR71偵察機

針對獵鷹這種火箭,如果想回收也有很多其他問題:

a.為了回收,要增加額外的各種控制和導航空間,導致火箭的設計難度大大提高

b.火箭為了保全,需要留下不少燃料作為後續的「剎車」減速。這對整個推進系統的設計尤其是燃料推送系統的要求極高,要增加很多冗余設計,風險較大。

c.火箭發射一個重要指標就是推重比,相當於有效載荷(衛星或飛船)所佔比例越高越好,但如果考慮回收,相當於額外的一些燃料和系統設計會占掉有效載荷的空間,導致發射效率降低。或者是為了達到同樣的發射能力,需要更大的火箭設計。

d.類似航天飛機,回收過後的維護尤其對一級發動機的維護,恐怕成本不亞於直接換一個新的了。e.節約成本從本質上講是當發射頻率達到一定數量之後才有意義,比如歐洲,一年恐怕就發射個位數的火箭,就算用可回收火箭,使用頻率不夠,也會使運營與維護成本占火箭發射總費用的比例極大增加。 從這些方面說,不會很大程度節約成本,或者只是成本略微降低。

中國、俄羅斯、歐洲都是依賴於一次性使用,俄羅斯基本上全是冷戰留下的洲際導彈改裝,比較便宜,但目前在國際發射市場的名譽極差,掉了很多星。中國性價比較高,單次發射6000萬美元左右,主要因為咱們的火箭在大批量生產(直接取決於發射頻率),所以單款火箭的研發成本在批量生產後會被逐漸攤平,價格降低。歐洲的火箭質量確實更好,但因為造價高(製造批量很小),基本是咱們價格的5倍以上。

那麼獵鷹的優勢在於:

a.黑科技,就好比B-2和SR-71,雖然很貴,確實是殺手鑭。獵鷹本質上也是一枚洲際導彈,一個可以回收的導彈你懂得,也是一個在大氣層裡可以做大規模機動的頂級殺傷武器了。能做到幾乎靜態回收,也就鮮有反導武器能對付了。

b.Space-X畢竟是一家要盈利的商業公司,他們做獵鷹的研發費用只有三億美元,基本上都比其他主流(歐洲和俄羅斯和美國其他火箭)成本低了一個數量級。所以對於美國軍方,成本很低,2008年與space-X簽了12次發射合同,火箭+飛船,總共才16億美元。所以為什麼不投資一次讓他們試驗這種可能會duang一下的黑科技呢?

c. 獵鷹提供了一個極好的試驗平台,相當於超高動態飛行器的複雜控制,能驗證很多最新的技術。加上航天飛機帶來的空天飛機試驗背景(題主可以搜一下各種美國的X系列),永遠不知道結合在一起會拿出什麼黑科技來。

所以總體看來,能不能節省99%成本不是最核心的,技術成熟後(20年)如果有足夠的發射頻率有可能大規模節省成本。但其他意義不是現在這點投資能衡量的,這個項目成本很低,但驗證的技術都很高大上,屬於性價比特別高的一個項目,估計要遠超航天飛機。

第二個問題,

前面說了,咱們的價格,比如長征三號乙是6000萬美元。這是個很大的優勢,便宜又非常可靠,所以在世界火箭發射市場尤其商業方面有很大拓展空間。

第三個問題,

獵鷹目前的成本是飛船加火箭約1.3億美元,火箭5000-6000萬美元,飛船送貨價格7000-8000萬美元。

題外話:

我國目前火箭最大的瓶頸是推送能力,目前最大低軌(小於1000 KM)推送能力依然不如獵鷹-9。今年Space-X宣佈了獵鷹重型火箭,低軌運載能力在45噸,如果增加推進劑交叉輸送技術,能增加到53噸或以上。咱們還沒有到能試驗這種技術的水平。目前SPACE-X的回收水準已經到了10米以內,把一個5倍馬赫速度下來的火箭控制到這種程度,著實不易啊也眼看就要成功了。火箭方面,我們還有不少的路要走。

天朝加油,航天汪需要繼續奮鬥!

希望這些回答了您的問題!

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@文正 提問為什麼需要垂直落在海上平台?為什麼不用直升機低速捕捉?

首先,為什麼在海上?

a. 火箭本身的調整也是有極限的,它不可能直直地朝著一個固定的回收點飛去。而且每次飛行任務也不一定完全重複,例如不同的軌道、不同的分離狀態,所以弄在海上平台,平台本身也可以提前移動到最理想的位置上,歡迎火箭的歸來。

b. 安全問題,海上畢竟容錯率較高,沒有人住在這裡,就算中途失敗也不會落在陸地上造成危害。

c. 運回來的優勢太大了,輕輕鬆鬆拖回來,比落在某塊陸地上難度小很多。

第二,為什麼要垂直?

很專業的問題,

a. 獵鷹的一級火箭帶有4條長達21米的碳素纖維及蜂窩鋁合金著陸腿,可以理解為四條腿,緩衝作用,站著肯定最好。萬一倒了,因為火箭很重,還是有一定的相對速度,摔壞了或者碰壞了都得不償失,而且基本都會爆炸的(幾次失敗都是倒了就爆了)。

b. 火箭的發動機都在底部,噴射方向沿著火箭軀殼方向,當垂直落地時噴出的能量得到最大利用。否則以任何其他角度來落地,如何使相對速度(比如水平速度)逼近於0?對於一個幾乎沒有氣動調整能力的火箭殼體而言,不可能啊!

c. 如果是其他方式,不管什麼原因,都有可能滾/滑進海裡,發動機進水、剩餘燃料外洩、火箭迅速沉入海底,都導致回收沒有意義了。

第三,為什麼不用直升機抓獲?

我只能說太天真了啊!

a. 得用多大的直升機抓起這個龐然大物呢?

最牛逼的俄羅斯米-26改裝版本極限能帶26噸,美國最牛的支奴干改裝版本極限15噸,如果是有效的吊重質量就更小了,吊起獵鷹將將夠用或者不可能(不知道一級回收回來的到底多重,不過獵鷹9空重大概在60噸左右)。

b. 在空中抓住它可能麼?答案是必然不可能啊,這就不用解釋了!

c. 在它落地後呢?已經落好了,用船拖回來即可,還用啥直升機?

d. 直升機也不便宜啊,為了回收一個火箭的軀殼部分,用一架支奴幹這種直升機(也4000萬美元量級),隨便出點差錯,值得麼?

哈哈,所以目前的方案確實已經基本最優了。

【孫嘉誠的回答(4票)】:

我覺得賬不是這麼算的,Elon Musk的本義是,火箭這麼金貴的東西,燃料成本只佔到了其中的1%,而剩下的99%居然用一次就要扔掉,浪費可恥。而「可以降低99%的發射成本」的概念是,用原來1份的錢做原來100份的事情。但是這1份的錢是一次性使用的成本,要重複利用系統要加強,成本無論如何要比1份多,那要復用100次以上才能達到降低99%成本,這……怎麼可能??畢竟是個火箭啊,工作載荷非常惡劣,而且維護還要花錢呢。

從另一方面想,SpaceX的Falcon9火箭報價幾乎已經是業界最低了,這顯然不是復用帶來的,它現在還沒有復用能力。Falcon9的低成本在於採用成熟工業技術,in-house垂直整合以及批量生產。什麼都架不住把批量搞大不是?將來具備回收能力後是否能夠有效降低成本還需要謹慎的看待。一方面研發這個技術完全是公司內部的投入;另一方面火箭的成本上升,運力下降,需要多次執行任務才能攤薄成本,但同時,要復用越多次會導致成本也會更高,曲線應該是澡盆形的,會有一個達到均衡的點。我記得有人做過類似的研究,可惜一時找不到,等找到了再來補充。

【知乎用戶的回答(1票)】:

據說長城公司的跟國內頭頭們吹過牛

說只要長征567都搞定了,現在的234系列生產不用停,直接拿到國際市場上硬打價格戰去……

貨運飛船的單子搶不到,打個第三世界國家用的衛星運力還不夠麼……

【浪客的回答(0票)】:

不行,即使全回收第二級加油就走也不行。因為載荷一般比火箭貴幾倍,按現在的可靠性算保費沒這麼便宜,回收降低可靠性還會漲保費。

。。。上次炸了之後發現給NASA運的貨居然沒上保險在裸奔。。。美國平常幾乎啥都有保險。。。

現在SpaceX一發一億美元,長征略低一點但是受ITAR限制不能賣,只能發射國產星賣服務。

【zhen-liang的回答(0票)】:

投資讓馬斯克燒錢的土豪就在等好信息取得回報。蘇聯太空爭霸時代發射的火箭成千上萬輪到你關心了

【hyddx電子愛好者的回答(0票)】:

99%?你當回收回來的火箭直接灌燃料打第二發麼?你當火箭第二級不要錢麼?

【腈綸的回答(0票)】:

不看好這種思路。

和當年航天飛機一樣,覺得重複利用可以省錢,最後發現反而貴多了。

spaceX的價值,在於過去由少數大國壟斷的太空事業,可以真正朝民營公司邁進,以後可能就和飲食店一樣,誰都可以做。但是回收火箭,真的不看好這條路

標籤:-航天 -衛星 -SpaceX -運載火箭


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