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马斯克嗤之以鼻!维珍再次用飞机成功发射火箭,或将成为常态

据国际媒体报道,维珍轨道又采用波音747飞机成功发射了一枚运载火箭,搭载的卫星成功进入预定轨道。

所谓“维珍轨道”是一家火箭公司,全称“美国维珍轨道公司”,英文名为Virgin Orbit,是英国巨富理查德・布兰森旗下“航天企业维珍银河公司(Virgin Galactic)”的子公司。这家公司的吸睛之处是用波音747飞机将火箭带到高空,在高空发射火箭将有效载送入地球轨道。

这家公司在2020年5月25日首次利用波音747飞机将运载火箭带到高空,但火箭释放点火后发生异常,首次发射以失败告终。但他们没有气馁,于2021年1月17日,再次利用波音747飞机发射一枚运载火箭,成功将10颗NASA立方体小卫星送入近地轨道;同年7月1日,又成功将7枚卫星送入轨道。

就在北京时间今天早晨,维珍轨道公司在太平洋上空,用波音747飞机又成功发射了一枚运载火箭,将7颗小卫星送入500公里高度、45度倾角的近地轨道。这已经是第三次成功发射。

为啥维珍公司特立独行地采用这种发射方式呢?

其实,用飞机将运载火箭带到高空发射,并非维珍轨道公司的首创。早在上世纪的九十年代,美国就用一架B-52飞机在大西洋上空13公里处发射了一枚“飞马座”运载火箭,将巴西首颗卫星送入765公里的预定轨道,开创了飞机上发射卫星的新方法。

不过像维珍轨道公司这样,已经连续三次采用飞机发射成功,真正实现了商业化运营的私人火箭公司还是第一个。维珍轨道似乎已经将飞机发射火箭常态化,未来还会越来越多地使用这种方式。

那么这种发射方式有什么特点和好处呢?

我们知道,一般火箭发射是在地面采用大推力发动机起飞的,为了克服地球引力和空气阻力,耗费的燃料以及加注这些燃料的储箱就要很大,火箭就会做得越来越大,而越大的火箭发射燃料就需要越多,这样就会形成一个恶性循环。

用飞机将火箭运送到高空发射,虽然重力并没有减少多少,但至少有如下几个方面的好处:

1、飞机已经给予了火箭一定的初速度,可以减少地面启动火箭耗费的巨量燃料,比地面发射总速度可降低10~15%,并提升火箭性能1~2%;2、由于空中发射,气压只有海平面的1/4,运载火箭发动机喷管设计就可以简化,提升安全性和降低造价;3、高空发射加速度动压较低,对火箭本身结构强度要求也降低,整体上提升火箭安全性和制造成本。

此外,空中发射火箭准备时间比地面要少一些,所需天气条件也比地面要求低一些。

但空中发射也有局限性,比如发射的航天器不能太重,轨道也不能太高,因为飞机的运载能力有限,太重和太高轨道的运载火箭需要更大,装载的燃料需要更多,就超出了飞机的运载能力。

为了能够在空中发射更大的火箭,微软公司联合创始人保罗・艾伦(Paul Allen)资助一家私人太空运输公司,正在建造一架有史以来最大的飞机,这架被称为“平流层发射系统”的飞机翼展约117米,重约226.8吨,可一次携带3枚运载火箭升空发射,有效载荷可达250吨。

这架巨鸟于2019年4月份试飞成功,或许不久就会创造飞机发射火箭的新纪录。可惜,具有先见之明的投资商保罗却没有看到这一天,他在2018年10月因病去世了。他的愿望是通过这种空天发射系统,降低航天成本,最终将人类送上火星。

那么,未来用飞机进行航天发射会成为主流吗?

我认为,用飞机发射运载火箭既有自己的优势,也有缺陷,只会是未来航天发射中的一个选项而已,不可能变成主流。因为巨大超重或更远距离的航天器发射,目前都无法在飞机上进行,哪怕是未来巨大的平流层发射系统,也无法胜任。

而且,未来人们还会开发月球基地,在月球轨道建设空间站,当飞往外行星和深空远航成为常态后,远征飞船最好的发射平台将是月球基地。甚至未来的宇宙飞船制造也可能在月球基地进行,远征的人们只需要乘坐地月“公交系统”到达月球基地,再转乘飞船飞往深空。

而将航天发射事业做得风生水起,成功回收火箭以大大降低发射成本,并制造出人类迄今为止最大飞船的SpaceX (太空探索技术公司)首席执行官埃隆・马斯克,却对这种空天火箭发射方式有些嗤之以鼻,认为性能的提升不值得额外的复杂性和限制,是得不偿失。

现在引用他接受采访时发表的一段话,说明他的态度:

“......看起来......你在那里很高,所以这肯定很好,你会以......0.7或0.8马赫的速度前进,你有一些速度和高度,你可以使用更高膨胀比的喷管,难道所有这些加起来不是对轨道有效载荷的有意义的改进吗?答案是否定的,很遗憾它不是。这是一个相当小的改进。它可能对轨道有效载荷有 5% 的提升......并且你有这架巨大的飞机要处理。这就相当于火箭的一级。从SpaceX的角度来看,拥有一架巨大的飞机还是将第一级的尺寸增加5%更有意义?呃,我会选择选项二。然后,一旦超过一定的规模,你就无法使飞机变得足够大。当你投下...火箭,你会有一个小问题,它前往的方向不对。如果你看看 Orbital Sciences 用 Pegasus 做了什么,他们有一个三角翼来做转弯机动,但是你有这个大翼,增加了一堆质量,而当你能够把大部分 - 但不能完全地 - 将你的水平速度转换为垂直速度,或者几乎是垂直速度,剩下的真的不是很好看。“

当然不管是我怎么看还是麦斯克怎么看,目前这种空天火箭发射系统都有其存在的价值,未来会怎样还得交由未来的人们去决定,因为事物发展往往是不以人的意志为转移的,你说呢?欢迎讨论,感谢阅读。

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