2018年,美國SpaceX公司的“獵鷹”9、“獵鷹重型”火箭取得多項顯著成果,“獵鷹重型”火箭與BLOCK 5型“獵鷹”9先后實現首飛,BLOCK 5型“獵鷹”9還首次完成同一枚火箭的第三次使用;下一代“超重-星船”運載系統與載人型“龍”飛船進展順利,“星鏈”計劃首批兩顆試驗衛星在軌試驗進展順利,并得到美國政府批準將打造上萬顆衛星組成低軌互聯網星座。
一 火箭發射情況
2018年,“獵鷹”9火箭共完成21次發射,占美國2018年總發射次數的61.8%,占世界總發射次數18.4%;將107顆衛星(zuma衛星未能入軌但與火箭無關)、3艘“龍”飛船送入軌道,其中商業發射16次,NASA載荷發射4次、美國空軍發射1次。在上述21次任務中,除7次放棄回收之外,12次全部成功回收、1次部分成功、1次回收失敗;使用回收的火箭進行任務發射11次,重復使用率超過50%。
1.實現“獵鷹重型”火箭首飛
2月7日,攜帶特斯拉跑車的“獵鷹重型”火箭從肯尼迪航天中心LC-39A發射臺成功發射;兩枚助推火箭成功實現陸地回收,芯級未能實現海上回收;火箭二級經過三次點火以及6小時滑行,將特斯拉跑車推離地球軌道,但未能將送至預定的地球-火星轉移軌道,該載荷將圍繞太陽永久運行。
雖然未能將載荷送入預定軌道及未能實現芯級回收,但從首次試驗飛行的角度來看,“獵鷹重型”火箭成功從發射臺起飛,助推器順利與芯級分離并回收,芯級與二級分離、二級多次點火,最終將無動力和無控制的載荷送入深空,應該說首飛任務獲得成功。
“獵鷹重型”火箭高70米、寬12.2米,起飛重量1420噸;總推力超過513萬磅;不考慮回收時,近地軌道載荷能力63.8噸。地球同步轉移軌道載荷能力為27.7噸,火星載荷能力16.8噸。此次成功首飛,標志著“獵鷹重型”成為現役最強大火箭,其運載能力在人類航天史上僅次于美國登月所使用的“土星”5火箭和前蘇聯的“能源”號火箭。
“獵鷹重型”運載火箭未來可能的任務方向包括:一是大型軍用載荷發射。目前只有“德爾它”4可以發射大型軍用載荷,一旦“獵鷹重型”運載火箭取得軍方發射資質,那么就可以與“德爾它”4展開競爭,爭奪軍方大型載荷的發射。二是行星資源開發。目前美國已經通過立法鼓勵商業公司開發小行星上的資源,而“獵鷹重型”運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星級資源開發公司的青睞。三是月球探索。盡管NASA已經開發了“航天發射系統”(SLS)重型運載火箭用于月球探索,但是其發射成本是“獵鷹重型”的10倍,且每年發射次數有限。因此一旦可靠性得到驗證,低成本的“獵鷹重型”有可能像“獵鷹”9一樣,被NASA直接采購使用。
2.BOLCK 5“獵鷹”9火箭的首飛和3次使用
北京時間2018年5月12日、8月7日與12月4日,SpaceX公司的同一枚BLOCK 5型“獵鷹”9火箭先后將一顆“孟加拉之友-1”通信衛星、一顆印尼的通信衛星以及SSO-A拼單任務載荷送至預定軌道,成為該公司首枚使用3次的火箭。由于此前“獵鷹”9火箭最多使用兩次,因而此次任務對于SpaceX公司而言意義重大,標志著火箭重復使用技術的進一步成熟。
BLOCK 5型火箭是“獵鷹”9火箭的最終版本,未來“獵鷹”9不會再進行大的改型;預計將生產30-50枚該型火箭,以進行約300次發射任務,直至未來被BFR巨型火箭所替代。該型火箭最大的特點是重復使用效率極大提高。BLOCK 5型火箭回收后,確認狀態后可直接重復使用,間隔最短為24小時。預計2019年SpaceX公司將試驗24小時內使用同一枚BLOCK 5型“獵鷹”9執行2次發射任務。此外,BLOCK 5型火箭重復使用次數至少為10次,若回收后“做適當的整修”,該型火箭可使用高達100次。
3.完成GPS-3的發射
12月23日,“獵鷹”9火箭成功發射美國空軍的首顆GPS 3衛星,完成了該公司今年的第21次也是最后一次發射。這次發射對SpaceX來說是一個雙重里程碑,不僅是2018年的收官之作,突破了2017年18次發射的記錄,并且首次完成美空軍“漸進性一次性運載火箭”(EELV)的軍用載荷發射任務,標志著“獵鷹”9火箭已從民用發射市場正式拓展到軍用載荷發射市場。此前,SpaceX雖然發射過國家偵察局的NROL-76衛星和美空軍的X-37B試驗飛行器,但此次是首次EELV任務,因此意義更加重要,未來還將發射另外4顆GPS-3衛星,軍用發射前景廣闊。
二 “超重-星船”運載系統研制工作不斷推進
“超重-星船”是SpaceX公司目前的重點研發項目,其方案由公司創始人馬斯克在2016年首次提出。系統最初命名為“星際運輸系統”(ITS),2017年改為“超重型獵鷹火箭”(BFR),2018年更名為“超重-星船”。“超重-星船”系統由火箭級和飛船兩部分組成,其中“超重”是運載火箭,“星船”是上面級+飛船。均可垂直著陸并可重復使用。
在2018年最新透露的方案中,“超重-星船”的近地軌道運載能力為100噸。“超重”高度降至63米,直徑降至9米,縮減為原設計的3/4,采用31臺“猛禽”液氧/甲烷發動機;“星船”高度增加至55米,使用7臺與火箭級相同的“猛禽”發動機,以降低研制風險和成本。另外,SpaceX還將針對真空條件對“猛禽”發動機進行優化,飛船尾部配備3個尾翼并設有著陸支腿,前部設有2個活動翼,內部空間約1000m3,能夠容納40個乘客。
2018年,“超重-星船”的研制步伐不斷加快,進展順利,“猛禽”發動機的研發工作已進入測試階段。“星船”系統將于2019年3月開始“跳躍”測試,即發射至數千米高度隨后垂直降落,目前試驗用“星船”已經組裝完畢,將使用試驗版和正式版“猛禽”的混裝版。
SpaceX還計劃在2023年后利用“超重-星船”進行首次繞月載人飛行,任務周期約為6天,將把乘客(日本的前澤友作及其他同行者)送達距地球50~65萬千米的軌道,成為飛離地球最遠的載人飛行任務。此外,“超重-星船”還瞄準火星探測活動,計劃在2022年發射登陸火星的貨運飛船,并在2024年發射登陸火星的載人飛船。
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