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SpaceX重型獵鷹火箭升空 系首次商業發射

騰訊科技 文/喬輝

台灣時間4月12日6時35分,SpaceX公司的重型獵鷹(Falcon Heavy)火箭從美國佛羅裡達州“肯尼迪航天中心”發射升空,本次發射搭載的是Arabsat公司的一顆通信衛星,該衛星重約6噸,用來給中東和北非地區提供電視、網絡和手機信號服務。

首次商業航天發射

由於氣象原因,發射已經推遲了很多次,主要是擔心不穩定的氣象,積雨雲以及閃電會影響火箭的正常飛行。此前,4月5日,進行了成功的靜態點火測試,測試一級火箭的27個發動機。

本次發射是重型獵鷹火箭的第二次發射,也是第一次商業發射。2018年2月6日,SpaceX公司首次發射重型獵鷹火箭,把特斯拉公司生產的一輛紅色跑車送出了地球,成為繞太陽運行的一顆汽車衛星。

重型獵鷹運載火箭高70米,寬12.2米,重量為1420.8噸,是目前現役的運載能力最強大的火箭。每次發射的價格是9000萬美元。

本次發射地點位於肯尼迪航天中心,該發射場非常有名,當年發射過阿波羅登月飛船和太空梭。1969年7月16日,就是在這裡巨大的土星五號火箭托舉起了“阿波羅”11號飛船,把人類首次送上月球的。今年3月2日,SpaceX公司進行的載人版龍飛船的無人測試也是在這裡發射的。

目前,該發射場有三個發射工位“LC 39-A”、“LC 39-B”和“LC 39-C”。此前SpaceX的獵鷹9火箭和重型獵鷹也都是在 LC39-A起飛的;LC 39-B是NASA準備用來發射新型大推力火箭(太空發射系統)的;LC39-C是2015年增加的,準備發射相對較小的火箭,但還從來沒使用過。

現役運載能力世界第一

重型獵鷹火箭是能夠部分重複使用的大推力火箭。重型獵鷹的芯級是加固了的獵鷹9火箭,外加兩個獵鷹9作為助推器。在結構上和德爾塔IV型類似。

重型獵鷹是現役的運載能力最強火箭,在歷史上也能排到第四名。前三名分別是:退役了的阿波羅登月使用的“土星五號”火箭,前蘇聯的“能源號”火箭和N1火箭。重型獵鷹也是一款能夠把人送出近地軌道的火箭,但目前馬斯克還沒有打算用於載人飛行。

重型獵鷹的近地軌道的載荷能力達到64噸,地球同步轉移軌道運載能力為26噸,火星轉移軌道的運載能力為16噸,飛往冥王星的運載能力為3.5噸。

當然,還是50年前曾經把人類送往月球的“土星五號”更牛,它的近地軌道運載能力為140噸。

重型獵鷹的結構強度有40%的富余,而通常火箭的結構強度富余度只有25%,該火箭擁有把人送往月球和火星的能力。

密密麻麻的發動機

三個並聯的一級火箭是由獵鷹9火箭衍生而來,都採用了相同的梅林發動機。重型獵鷹的海平面推力可達228噸,隨著飛行高度的上升,當衝出大氣層之後,推力能提高到246噸。這一點可能與某些人的直覺相反,其實大氣並不能為火箭提供推力的支撐,反而會降低推力。

上面級火箭由一個梅林發動機驅動,是專門針對在真空環境中優化過的,推力9噸,可燃燒397秒。

重型獵鷹火箭的噴管排布非常有趣,8個噴管圍繞1個噴管,構成一種稱為“Octaweb”的結構,目前沒有正式中文標準翻譯。

研發過程很曲折

2011年4月,SpaceX公司在華盛頓特區舉行的一場發布會上宣布了重型獵鷹的發展規劃,起初計劃2013年試飛,但由於多種原因首次試飛推遲到5年後的2018年。把三個獵鷹火箭綁在一起形成一個更大火箭比想象的更加困難。馬斯克也不得不承認,當年太低估困難了。

可部分重複使用

重型獵鷹火箭一級各個通用芯級均安裝有柵格舵,可用於輔助箭體再入過程中姿態穩定控制,並提供一定的氣動阻力用於減速。

各個通用芯級的著陸裝置為四個支腿,在火箭發射後的上升及再入過程中收攏於箭體,當火箭一子級減速,即將著陸於地面或海上平台之前展開(兩個側邊助推器在陸地回收,芯級火箭在海上回收)。支腿由液壓裝置執行收攏展開,並具有展開後鎖死的能力。

支腿主要由碳纖維及鋁合金蜂窩板構成,輕質且能滿足載重需求。支腿帶有液壓減震器,可進一步減緩垂直著陸帶來的巨大衝擊。

理論上,通過回收利用,重型獵鷹的成本能下降6000萬美元。

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