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美國獵鷹9號火箭可回收 長征五號「失控」墜毀,中美箭真是技術差距大? 原來只是蘋果和橙比較

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美國獵鷹9號火箭可回收 長征五號「失控」墜毀,中美箭真是技術差距大? 原來只是蘋果和橙比較
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美國獵鷹9號火箭可回收 長征五號「失控」墜毀,中美箭真是技術差距大? 原來只是蘋果和橙比較

2021年05月09日 09:30 最後更新:09:31

西方炒作搭載太空站的長征5號B會「失控」墜毀。而馬斯克迷們時常津津樂道話美國SpaceX的獵鷹9號火箭可垂直回收,並且是穩穩著陸於汪洋大海中的一葉「方舟」上,不僅如此,其中的一枚火箭竟然回收併發射了9次。於是大呼曰:「馬斯克代表未來!」

反觀中國的長征5號B火箭,雖說比獵鷹9號腰圍大了一圈,但運載能力差不多,更重要的是長征5 B是一次性,用完即棄,「實在是浪費」。每當說到這裡,「馬斯克迷」們無不充滿嫌棄。

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長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

長征5號B火箭是巨大的。

長征5號B火箭是巨大的。

長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

長征5號(左)與回收的獵鷹9號(右)。

網易有科普文章,詳細比較兩種火箭的不同。文章認為第一點需要糾正的是:長征五5號B火箭的近地軌道(LEO)運載能力官宣是「大於22噸」,它將22.5噸推到近地軌道沒有問題;獵鷹9號LEO運載數據卻有兩個——不回收火箭時22.8噸,如果想回收一級火箭到著陸平台(ASDS),則最多只能運15.6噸,少了7.2噸。

單從最大荷載來看,獵鷹9號理論上也可以將22.5噸重的中國太空站「天和」核心艙送上天,當然它無法回收火箭。但是考慮到「天和」核心艙帶整流罩後的高度達20.5米、直徑5.2米、重量達到27.5噸,對於獵鷹火箭來說太大太重,再要想用回收一級火箭把它送上太空是沒有可能的。

為什麼獵鷹9號運載能力會變小?因為它回收一級火箭是以消耗燃料為代價的,這些燃料抵消了荷載重量,因此產生了7.2噸的荷載差距。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

獵鷹9號一級火箭空中減速,和第二級的太空船分離。

其實獵鷹9號火箭更像是一枚加長版長征5號助推器,二者都是燒液氧煤油,直徑相仿,點火助推時間都是170秒左右。長征5號火箭大約在220秒左右飛出大氣層拋整流罩,獵鷹火箭第一級則需要在大氣層內就脫離返回。

根據任務的不同,獵鷹9號一級發動機關機並與二級火箭分離的高度大約在65~76公里之間,未出大氣層;末速度約4.9~6.8馬赫,這個速度與23馬赫的第一宇宙速度相去甚遠。

我們發射衛星、飛船和空間站等航天器,首先需要將它們送出稠密的大氣層,同時賦予它7.9公里/秒的初速度,這樣才能保證航天器長時間穩定運行的需要。從這個角度看,獵鷹9號火箭的第一級無論從高度還是速度方面都無法滿足要求,它從設計時就沒有考慮要飛出大氣層。

與包括獵鷹9號在內的大多數運載火箭不同,長征5號B是「一級半」構型的火箭,它的4枚助推器加起來算「半級」,在大氣層內脫落;芯一級火箭不僅需要將天宮太空站核心艙推出大氣層,送到200-400公里高度的軌道上,還需要給核心艙一個7.9公里/秒的初速度,確保它不掉下來。

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。中新社圖片

於是當火箭與核心艙分離的時刻,長征5號的芯一級實際上也跟在「天和」號核心艙的屁股後面,成為一個環繞地球飛行的航天器了。

許多朋友都知道地球大氣層100公里高度有一個「卡門線」,這裡被稱為大氣層的邊界,於是都說地球大氣層的厚度是100公里。需要說明一點:大氣層其實並沒有明確「邊界」,我們經常稱之為太空的400公里高度實際上屬於大氣層「熱層」,這裡依然有稀薄的空氣,因此也存在空氣阻力。在空氣阻力作用下,太空站不斷減速,若不自行推進,每天會往下掉100米。

中國的太空站圍繞地球運轉時,會因為地球引力影響軌道高度,此時需要發動機消耗額外推進劑來抬升軌道。中國太空站配備額外配備4台霍爾電推進系統,可有效節省核心艙自帶推進劑的消耗。

長征5號火箭在關機後,同樣因為空氣阻力的作用,也會不斷下降高度,它不再有推進動力。2021年3月26日凌晨,一群燃燒的火球劃破美國西雅圖的夜空,這是獵鷹9火箭第二級掉落的殘骸。按計劃,SpaceX這枝回收火箭應該利用火箭剩餘的燃料減速,讓二級火箭在3月4號重返大氣層,火箭因為點火失敗在軌道上多漂了22天,最後失控落在了華盛頓州。美國的火箭是會失控掉落的,因為它的計劃是回收,不能回收是失控的結果。

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

獵鷹9號第二級分解掉落西雅圖。

那麼長征5號B的芯一級火箭果真也是像西方媒體描述的那樣是「失控火箭」嗎?長征5號B和「天和」核心艙的發射時間是4月29日,長征5號B重返大氣層的時間是5月9日前後,總共才9天多時間,按自然軌跡沒有那麼快掉落,因此我們可以下結論:長征五5號芯一級火箭在與「天和」核心艙分離後利用剩餘燃料「踩了一腳剎車」,所以提早返回,它的返回軌道是科學家們已經計劃好了的,是「受控墜落」而非「失控殘骸」。

那麼,讓一枚巨大的火箭從近地軌道受控降落在指定區域的難度到底有多大?到目前為止沒人能做到,也沒必要做這件事情。

SpaceX為了節省發射成本,讓它的獵鷹9火箭第一級受控降落在海面移動躉船上,這不僅需要精確控制技術,還需要付出7噸荷載的代價,你也可以將它理解為大馬拉小車付出的「成本」。獵鷹9號一級火箭無論從高度還是速度都比較低,如果從大氣層外以23馬赫的高速度返回,其難度要高出幾個數量級,在經濟上也是不化算的。正因為如此,SpaceX在2014年就正式宣佈放棄二級火箭的回收計劃,改為「受控墜落」(只回收一級火箭)。一個4噸重的助推器尚且如此,更不用說全程控制一枚18噸火箭要回收,要付出多大代價了。

長征5號B火箭是巨大的。

長征5號B火箭是巨大的。

火箭再入大氣層時,由於與空氣劇烈擠壓摩擦產生幾千度高溫,它的鋁合金殼體以及復合材料燃料箱會燃燒並解體,裂成碎片、化作塵埃。與太空站不同,火箭的零件大多又薄又輕,因此即便有少量掉到地面上,也不會構成大的傷害。長征五5號B的殘骸墜落軌跡經過反復計算,它的落區大概率位於海洋,砸中人的概率可以忽略不計,我們大可不必擔心。




深喉

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

美國聯邦通訊委員會(FCC)近日正式將所有外國製造的無人機系統及關鍵零組件納入「受管制清單」,這意味著以中國品牌大疆創新(DJI)為首的海外無人機新型號,將無法在美國獲得設備授權,亦禁止進口、銷售或推廣。此舉被視為美國對華科技脫鉤戰略在無人機領域的全面升級,試圖切斷市場對中國產品的長期依賴,卻也讓高度依賴這些設備的美國商用無人機產業陷入前所未有的生存困境。

以中國品牌大疆創新(DJI)為首的海外無人機新型號,將無法在美國獲得設備授權,亦禁止進口、銷售或推廣。

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FCC根據白宮跨部門小組的評估發布決策,認定海外生產的無人機對「美國國家安全以及美國人的安全與保障,構成不可接受的風險」,並警告過度依賴將削弱美國無人機工業基礎。儘管禁令不溯及既往,現有設備仍可操作,但監管不確定性已導致大疆延後或放棄在美推出部分最新專業機型,而真正的衝擊在於美國商用市場長期對中國產品的結構性依賴。

道通智能(Autel Robotics)同樣來自中國

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中國無人機品牌在美國商用市場佔據壓倒性主導地位。根據不同市場數據,大疆在美國商用無人機市場的市佔率估計在70%至90%之間,最接近的對手道通智能(Autel Robotics)同樣來自中國,但份額遠遠落後。這些設備被廣泛應用於農業、測繪、執法與影視拍攝等領域,由於缺乏性能相當的西方替代品,禁令已引發專業飛行員恐慌, 許多人開始囤積大疆無人機、電池與備用零件,試圖延長現有機隊壽命。

執法與公共安全機構也對此表示憂慮,擔心失去高性價比且生態系成熟的設備將衝擊日常營運。這些第一線反應凸顯問題核心:當市場主力被切斷,替代方案是否真的已經準備就緒?答案似乎是否定的。

這項禁令是一場醞釀近十年的政治博弈的結果。早在2017年,美國陸軍便以「網絡安全漏洞」為由,要求部隊停用大疆無人機,儘管當時這些設備在基層部隊中廣受好評。此後七年間,華府的「中國無人機恐懼症」 不斷蔓延,國防部將大疆列入「中國軍事公司」名單,聯邦官員頻繁警告公用事業運營商勿使用,國會鷹派則以聳動言辭渲染威脅。

國防部將大疆列入「中國軍事公司」名單

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儘管大疆多次歡迎安全審查,強調其無人機可斷網飛行,數據存於本地,且多項獨立審查未發現實質安全漏洞,但這些技術澄清在華府政治氣候中似乎被有意無視。紐約州共和黨眾議員埃莉斯·斯特凡尼克在禁令後坦言,此決定「將有助於美國無人機主導地位」,佛羅里達州共和黨參議員里克·斯科特更直白稱這是「將中國無人機逐出、保護安全並支持美國製造商的重大進步」。政策目標從「國家安全」明確轉向「產業競爭力」。

然而禁令最直接的衝擊落在美國本土近50萬名商業無人機飛行員身上。根據無人機培訓機構 Pilot Institute對8000名飛行員的調查,約43%受訪者認為禁令將產生「極其負面」或「可能導致業務終止」的影響,更驚人的是,高達85%的人表示,在無法獲取新設備的情況下,他們的業務只能維持不到兩年。

德州無人機操作員Gene Robinson擁有9架大疆無人機,用於執法培訓與鑑識分析。他感嘆美國過去將製造業外包的後果,表示:「為了重新獲得獨立性,我們正在付出代價,這將會經歷陣痛。」印第安納州建築監測公司Falcon Unmanned Systems負責人Eric Ebert雖自認是「百分之百的美國支持者」,但他直言:「美國製無人機根本無法競爭。」為應對未來斷鏈,他的公司已提前囤積36架無人機與相關零件。

中國品牌大疆創新(DJI)

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密西西比州的Jason Colilip與約300名房地產經紀合作拍攝房產空中影像,他對禁令感到困惑與憤怒:「我,這個在密西西比南部松樹林和房屋上空飛無人機的小人物,為什麼要限制這類事情?我們將有什麼替代品可選?我們現在真的沒有答案。」

美國在消費級和商用無人機領域的落後,根源在於整個產業生態系統的差距 。無人機是系統集成產業, 需要飛行控制、電機、電池、圖傳、雲台、相機、傳感器等核心組件的精密配合。中國深圳作為「世界無人機之都」,已建立起無與倫比的垂直整合優勢與產業集群效應,帶來驚人的成本優勢和迭代速度。

西雅圖無人機製造商Brinc Drones創始人Blake Resnick坦言與大疆競爭是「無望的」。此外,中國在工程人才培養、政府產業政策支持及真實應用場景開放方面,均佔據顯著優勢。反觀美國,聯邦航空管理局對飛行的嚴格限制,客觀上制約了本土產業發展。

儘管五角大廈透過「無人機主導」計劃,承諾向美國製造商投入11億美元,但業界普遍認為這筆投資遠不足以填補差距。美國在短期內幾乎看不到趕超的可能性。

禁令影響力正從政府層級滲透至民間企業供應鏈審查。美國參議員 Maggie Hassan與Gary Peters近日已要求Hensel Phelps、Bechtel等大型建築承包商,於2026年1月15日前說明在政府合約專案中使用大疆無人機的情況。參議員警告,在敏感設施使用這類無人機「可能成為向中國政府傳輸重要國安資訊的路徑」,顯示企業合規壓力正在急遽升高。

針對美方行動,大疆發表聲明表示失望,批評決定反映「保護主義」,違反開放市場原則。中國商務部也敦促美國停止「錯誤做法」,誓言保護中國企業正當權益。

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