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1.任務(wù)概況

北京時間2019年4月12日6時35分，“重型獵鷹”運(yùn)載火箭搭載一顆“阿拉伯衛(wèi)星-6A”通信衛(wèi)星從卡角肯尼迪航天中心LC-39A發(fā)射發(fā)射。發(fā)射后2分30秒，2枚助推火箭關(guān)機(jī)，2分34秒，助推火箭與芯級分離，開始陸地回收過程；發(fā)射后3分31秒，芯級火箭關(guān)機(jī)，發(fā)射后3分34秒，芯級與二級火箭分離；發(fā)射后7分51秒，2枚助推火箭成功降落在陸地回收場；發(fā)射后9分48秒，芯級火箭成功降落在海上回收船上；二級火箭分別于發(fā)射后3分42秒和27分34秒兩次啟動，將衛(wèi)星送入高橢圓地球同步轉(zhuǎn)移軌道；發(fā)射后34分2秒，衛(wèi)星成功部署，此次發(fā)射任務(wù)取得成功。

“阿拉伯衛(wèi)星-6A”是一顆高容量通信衛(wèi)星，衛(wèi)星重約6450千克，將向中東、非洲和歐洲的客戶提供電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信。該衛(wèi)星以洛克希德·馬丁公司的改進(jìn)LM2100為基礎(chǔ)建造，可提供先進(jìn)的Ku和ka波段服務(wù)。

▲成功將“阿拉伯衛(wèi)星-6A”部署至地球同步轉(zhuǎn)移軌道完成獵鷹重型火箭首次商業(yè)任務(wù)

完成此次發(fā)射后，“獵鷹重型”火箭2019年還將進(jìn)行一次發(fā)射，將空軍的“太空試驗計劃-2”（STP-2）衛(wèi)星送入軌道。由于這是試驗衛(wèi)星，因此可以由回收的火箭發(fā)射。2020財年，“獵鷹重型”火箭還將發(fā)射空軍的“空軍航天司令部-52”（AFSPC-5）秘密衛(wèi)星。

2.首次采用BLCOK 5配置

“獵鷹重型”為兩級液體火箭，是在“獵鷹”9基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，可以說是“獵鷹”9火箭的3箭強(qiáng)化版?！矮C鷹重型”一級由芯級捆綁兩個助推器并聯(lián)組成，相當(dāng)于由3枚“獵鷹”9火箭一級捆綁而成。SpaceX公司在這兩臺助推器上加裝了氣動鼻錐，并增設(shè)了前部和后部安裝點及冷分離機(jī)構(gòu)，以同新造的芯級連接和分離；芯級做了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，以承受發(fā)射的額外應(yīng)力。整流罩和火箭二級與“獵鷹”9完全相同，二級具備多次點火能力，可將載荷送入不同目標(biāo)軌道。

此次發(fā)射任務(wù)的助推與芯級均采用全新BLOCK 5型“獵鷹”9火箭一級，因此也被稱為是BLOCK 5型“獵鷹重型”火箭。在2018年2月的首飛中，“獵鷹重型”采用的是BLOCK 3和BLOCK 4型火箭。而在2018年5月BLOCK 5型“獵鷹”9首飛之后，BLOCK 3和BLOCK 4型火箭逐步被淘汰。

相比首次發(fā)射，此次的BLOCK 5型“獵鷹重型”火箭的推力提高10%，約2550噸；同時還有其他相應(yīng)改進(jìn)，因此發(fā)射風(fēng)險也增加了5-10%。與此相應(yīng)，BLOCK 5型“獵鷹”9火箭所具有的所有特點如快速重復(fù)使用等同樣也都體現(xiàn)在“獵鷹重型”火箭上，如兩個月后，“獵鷹重型”還將進(jìn)行一次發(fā)射，執(zhí)行空軍的“太空試驗計劃-2”任務(wù)，而此次回收的2枚助推火箭將再次使用。

▲2枚助推火箭成功回收

3.回收改進(jìn)后的整流罩

SpaceX公司首席執(zhí)行官馬斯克透露，該公司成功回收了“獵鷹重型”火箭的2枚整流罩，并計劃在今年的“星鏈”任務(wù)中重新使用它們。但有意思的是，雖然此次整流罩回收船再次出征，但并未攜帶支架+回收網(wǎng)，只是測試了跟蹤整流罩的能力，因此此次回收只是將降落在海面整流罩打撈回收。而之前SpaceX公司也從海水中回收整流罩，但一直沒有說過要重復(fù)使用。此次馬斯克重復(fù)使用的發(fā)言表明SpaceX公司已經(jīng)針對海水浸泡問題對整流罩進(jìn)行改進(jìn)，以確保從海水中打撈的整流罩可以重復(fù)使用。重復(fù)使用整流罩面臨的主要挑戰(zhàn)是清除浸沒海水中所產(chǎn)生的各種混合物，這是非常困難的，而此前世界上還沒有哪家機(jī)構(gòu)或公司嘗試海水回收整流罩后重復(fù)使用。

▲回收整流罩

 即便從海水回收，由于整流罩的下降速度高于1.2千米/秒，因此如果不加控制，整流罩可能損壞。為此，SpaceX公司對整流罩進(jìn)行改進(jìn)，為每半個整流罩安裝GPS引導(dǎo)的翼傘，以及冷卻氣體推進(jìn)器，使整流罩能夠自我定位，并能在分離之后與展開翼傘之間保持穩(wěn)定。與其他火箭盡量減小整流罩的重量以更多的載荷送入軌道不同，由于推力足夠大，因此SpaceX公司寧可增加整流罩的重量（加裝降落傘與推力器），也要實現(xiàn)整流罩的回收。

重復(fù)使用帶來的好處是可以減少生產(chǎn)整流罩的時間，縮短發(fā)射間隔。至于成本反而次要的，因為SpaceX公司的數(shù)據(jù)顯示，通過回收落在海水的整流罩并重復(fù)使用最多只能帶來10%的成本節(jié)約（價值約600萬美元）。因此，利用回收船通過“大網(wǎng)捕捉”的方式回收整流罩的嘗試估計還要繼續(xù)。

4.首次送至更高的超同步轉(zhuǎn)移軌道

此次發(fā)射“阿拉伯衛(wèi)星-6A”重約6450公斤并不是SpaceX發(fā)射的單個航天器中最重的，但它是迄今為止SpaceX在其所有火箭發(fā)射中所能達(dá)到的最高能量軌道。衛(wèi)星被送入遠(yuǎn)地點大于90000千米的超同步轉(zhuǎn)移軌道（即高橢圓地球同步轉(zhuǎn)移軌道），比衛(wèi)星的預(yù)定軌道的遠(yuǎn)地點幾乎高3倍。這個軌道便于衛(wèi)星盡快到達(dá)預(yù)定軌道且能節(jié)省燃料。據(jù)衛(wèi)星所有者透露，此次“阿拉伯衛(wèi)星-6A”只需要17天的時間便能進(jìn)入目標(biāo)軌道，能夠盡早開始服役；同時，由于節(jié)省了衛(wèi)星變軌的燃料，“阿拉伯衛(wèi)星-6A”衛(wèi)星的壽命也從原先的15年延長到18-20年。這也是此次任務(wù)使用“獵鷹重型”的主要原因之一，雖然“獵鷹”9也可以發(fā)射該衛(wèi)星，但由于運(yùn)力限制只能送至同步轉(zhuǎn)移軌道且無法回收火箭，因此“獵鷹重型”火箭就成為有力的選擇。

5.關(guān)于運(yùn)載能力的爭論

 由于“獵鷹重型”火箭以近地軌道63.8噸載荷能力被外界稱為“現(xiàn)役最強(qiáng)大火箭”，此次發(fā)射成功再次證明了該火箭的可靠性。但由于發(fā)射的載荷僅有6.4噸重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到該型火箭的設(shè)計載荷能力，這再次引發(fā)外界對該火箭實際載荷能力的關(guān)注。

根據(jù)SpaceX公司公開的數(shù)據(jù)，“獵鷹”9（不考慮回收）近地軌道能力為22.8噸、同步轉(zhuǎn)移軌道為8.3噸、火星軌道4.02噸；而“獵鷹重型”（不考慮回收）近地軌道能力為63.8噸、同步轉(zhuǎn)移軌道為26.7噸、火星軌道16.8噸、木星軌道3.5噸。但這都是不回收的理想情況，在實際發(fā)射任務(wù)中，往往都是要進(jìn)行火箭回收的，這時火箭的運(yùn)力將大大減小，可惜SpaceX公司一直沒有透露過回收情況下的運(yùn)載能力。不過SpaceX公司副總裁Koenigsmann于2018年10月國際宇航大會上曾透露，若一級火箭陸地回收，“獵鷹”9的同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運(yùn)載能力為3.5噸；若海上回收，GTO運(yùn)載能力為5.5噸；若不回收，GTO運(yùn)載能力為6.5噸。而“獵鷹重型”火箭兩枚助推器陸地回收、芯級海上回收時GTO運(yùn)載能力可達(dá)8噸，助推火箭和芯級都海上回收，則GTO運(yùn)載能力為10噸；若全部不回收，則GTO運(yùn)載能力為15噸多。通過與SpaceX公司宣傳的數(shù)據(jù)對比，GTO運(yùn)載能力明顯下降，那么近地軌道很可能同樣如此。此外，從數(shù)值上看，由3枚“獵鷹”9組成的“獵鷹重型”的近地運(yùn)載能力就是3倍“獵鷹”9。但是，火箭運(yùn)載能力似乎無法用簡單的乘法來代替。不過，即便真實數(shù)據(jù)有所縮水，但是在已完成的所有發(fā)射任務(wù)中，兩型火箭都能完成預(yù)定任務(wù)，說明它們針對目前的衛(wèi)星應(yīng)用都是足夠使用的。

▲獵鷹重型火箭的27臺默林發(fā)動機(jī)

6.未來的可能應(yīng)用

“獵鷹重型”火箭原本主要的應(yīng)用市場是發(fā)射大型國家安全載荷，但是由于美國宣布提前到2024年登月，因此未來深空及月球載人任務(wù)也可能是該火箭另一主要應(yīng)用。

一是發(fā)射大型國家安全有效載荷。首次商業(yè)發(fā)射的成功，為“獵鷹重型”火箭承擔(dān)國家安全任務(wù)中鋪平了道路。馬斯克曾表示，上面級可將載荷直接送入地球同步軌道，可用于發(fā)射空軍和國家偵察局的秘密載荷。不過，在此之前，“獵鷹重型”火箭還需要獲得美空軍的認(rèn)證才能執(zhí)行這類任務(wù)，這需要該公司進(jìn)行至少3次成功的發(fā)射。目前“獵鷹重型”火箭已經(jīng)完成兩次發(fā)射，若STP-2任務(wù)成功，則該型火箭將能通過認(rèn)證，開始執(zhí)行國家安全載荷發(fā)射任務(wù)。而鑒于“獵鷹重型”火箭的有效載荷能力和低廉的價格，它可能會吸引美國軍方的注意力。前國防部負(fù)責(zé)采購、技術(shù)和后勤的副部長約翰·楊認(rèn)為這是一種改變游戲規(guī)則的能力，“獵鷹重型”運(yùn)載能力是“德爾塔”4火箭的兩倍，但成本只有后者四分之一甚至十分之一。

二是登月發(fā)射。由于美國將登月的時間從2028年提前到2024年，但官方的“太空發(fā)射系統(tǒng)”卻一再推遲，可能最早2021年才能發(fā)射，距離美國2024年登月的時間只有3年。這短短3年中，完成多次發(fā)射驗證該火箭的安全性以用于載人發(fā)射似乎有些匆忙。而到那時，其他重型火箭如“新格倫”、“超重-星船”等系統(tǒng)可能都無法達(dá)到足夠的可靠性以發(fā)射載人任務(wù)。屆時，已經(jīng)完成多次發(fā)射的“獵鷹重型”可能會因為其可靠性成為登月的主力候選之一。

三是行星資源開發(fā)及大型科學(xué)載荷發(fā)射。目前美國已經(jīng)通過立法鼓勵商業(yè)公司開發(fā)小行星上的資源，而“獵鷹重型”運(yùn)載火箭具備將探測器直接送往小行星帶的能力，因此會得到美國商業(yè)公司的青睞。

“獵鷹重型”火箭此次發(fā)射成功再次證明了“多發(fā)動機(jī)并聯(lián)”設(shè)計的正確性。由于多發(fā)動機(jī)并聯(lián)會帶來各種各樣的復(fù)雜問題如耦合振動等，加之前蘇聯(lián)采用30臺發(fā)動機(jī)并聯(lián)的N1火箭四射四炸，導(dǎo)致多發(fā)動機(jī)并聯(lián)的設(shè)計思路一直為人詬病。而“獵鷹重型”火箭兩次成功發(fā)射有力地回力這一指責(zé)，為“多發(fā)動機(jī)并聯(lián)”應(yīng)用在更多的重型火箭提供了借鑒和參考。盡管“獵鷹重型”火箭的運(yùn)載能力也許不如SpaceX公司宣稱的那么高，但是憑借火箭的高可靠性、成熟的重復(fù)使用技術(shù)及低廉的發(fā)射成本，該火箭具有極強(qiáng)的競爭能力，并極有可能在美國2024年的登月之旅中充當(dāng)主力。