離太空梭只差一步!「史上最難」獵鷹火箭發射究竟難在哪?

2021-01-11 中國小康網

在全部的24顆衛星部署完成之後，"重型獵鷹"火箭的第三次發射任務總算是成功落下了帷幕：除卻芯一級火箭回收失敗之外，本次STP-2發射任務所使用的"重型獵鷹"運載火箭的芯一級助推器、乃至於整流罩都得以全部回收。

不過，單純的火箭構件回收對於締造"重型獵鷹"運載火箭的SpaceX而言早已不再是什麼難事——從STP-2發射任務的諸多細節來看，"重型獵鷹"運載火箭表現出的能力早已遠非各國傳統運載火箭可比，距離已是絕唱的太空梭幾乎可以說只有一步之遙。

圖為在夜空中拔地而起的"重型獵鷹"運載火箭。

正如本文開頭所說，"重型獵鷹"運載火箭本次執行的STP-2任務需要向軌道空間部署多達24顆衛星。而和單純的"撒土豆"不同的是，這24顆衛星還分別位於三個不同的軌道上，這意味著"重型獵鷹"的芯二級火箭將要在軌道上工作數個小時，並重新點火三次才能完成所有的變軌工作。

當然，多次變軌對於其它各國的常規運載火箭來說並不是多難的難事：在安裝專用的"上面級"之後，各款常規運載火箭也能在不同的軌道間"擺渡"——但問題就在於，STP-2任務中的"重型獵鷹"運載火箭根本就沒有"上面級"這個構造。

圖為俄羅斯研發的"微風-M"上面級剖面圖，和宇宙飛船的構造高度相似。

通俗來說，負責將人造衛星"擺渡"到不同軌道釋放的"上面級"火箭實質上就是一款簡化過的宇宙飛船，其使用的發動機和宇宙飛船類似，都是強化過多次重啟能力的小型火箭發動機，只不過在燃料容量和變軌的冗餘度上有所簡化。

但相比之下，"重型獵鷹"火箭的芯二級則只使用一臺"梅林"液氧煤油發動機，在參數上只和地面使用的"梅林"有些許差距，其餘大體一致——而這也就意味著，執行本次STP-2任務的"重型獵鷹"火箭已經達到了"常規運載火箭+上面級"這一組合的效果，真真有點"一力降十會"的味道。

圖為本次"重型獵鷹"火箭發射任務的火箭軌跡延時攝影，"兩道"式的軌跡來自於著陸回收的芯一級助推器，"拐彎"則來自於回收的芯一級火箭。

從STP-2任務的最終表現來看，"重型獵鷹"交出的成績單完全可以用"優秀"來概括——芯二級火箭上的"梅林"發動機不僅成功地在宇宙空間完成了三次再點火，並且工作時間和推力表現都沒有脫離額定標準，表現出了堪稱變態的可靠性。

毫不誇張地說，如果芯二級火箭在經濟層面上值得SpaceX設計回收調姿系統，那麼"重型獵鷹"將會被這群"航天瘋子"設計成從整流罩到助推器全身"可回收"的火箭……而SpaceX的工程師們之所以不動這個心思，說到底還只是單純地考慮到芯二級火箭回收划不來罷了。

圖為太空梭的發射流程，不可回收的燃料箱（紅框內）將被拋入大氣層焚毀。

讓我們稍稍回憶一下上個時代人類最強航天工具，也就是太空梭的發射流程：在攜帶一個橙色的巨型燃料箱，以及一對固體火箭助推器升空之後，太空梭首先會在一定高度拋棄掉耗盡燃料的助推器，後者將在指定高度開傘並濺落海面等待回收。至於巨型燃料箱，則將在太空梭飛出大氣層恰好耗盡燃料後丟棄，並在大氣層內焚毀。

總而言之，太空梭仍然是"不完美"的重複使用太空飛行器，其重複使用的代價就是那個被丟棄焚毀的燃料箱；而異曲同工的是，"重型獵鷹"運載火箭迄今為止也達到了除卻某一組件之外，其餘其它組件全都可回收的境界，單單從航天發射任務上兩者就已經幾乎可以相提並論。

圖為在運行途中突然"變軌"的OTV-3號X-37B無人太空梭，強大的變軌能力也是類似載具不可或缺的核心能力。

誠然，除卻可回收復用之外，太空梭還有兩門"獨門絕學"令當代常規運載火箭難以望其項背：其一是靈活多變的軌道變更能力，其二就是能夠把衛星載荷帶離軌道，甚至於將其帶回地球表面，這也正是太空梭在退役多年之後，包括美國在內的各航天大國對它"念念不忘"，以至於美國空軍還要點名研製出X-37B這種有限替代品的核心原因之一。

圖為從航天員視角拍攝的太空梭，注意其展開的載荷艙。和機械臂。

而可以肯定的是，"重型獵鷹"芯二級火箭表現出的變軌能力已經足以和太空梭相提並論，只是還無法達到X-37B無人太空梭這種少則在軌半年，多則兩年的"變態續航"；此外，"重型獵鷹"運載火箭的芯二級也只是普通的航天運載工具，自然也就難提具備隨意擺弄在軌衛星，乃至於"九天摘星"這種絕學了。

但對於商業航天產業而言，這個"一步之遙"並不是很重要的事情：畢竟"重型獵鷹"運載火箭的商業發射報價最高不超過9000萬美元，比起"2億美元起跳"的美國聯合發射聯盟（ULA，俗稱美國航天國家隊）那無疑是地攤價，在報價動輒上億美元的俄羅斯、歐盟等競爭對手面前也有決定性優勢。

更何況要談起當今世界唯一現存的太空梭X-37B，那也一直都是"重型獵鷹"運載火箭的小弟弟，"獵鷹九號"的活兒。

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圖為"獵鷹九號"運載火箭整流罩內的X-37B無人太空梭。

在航天業界有這麼一個說法：一款新火箭/新飛船的頭三次發射危險係數最高。反過來說，若能"過三"，則標誌著這款新火箭/飛船的穩定性已經能夠被初步證明。

而在完成了STP-2發射任務之後，"重型獵鷹"運載火箭無疑就完全踏入了這個"穩定期"——坊間甚至已經忘記了一個很明確的事實：這一枚"重型獵鷹"火箭的兩發芯一級助推器來自於上次"阿拉伯-6A"通信衛星發射任務所使用的同型火箭。

圖為即將被送往發射場的"重型獵鷹"火箭，可見箭體有明顯汙損。

不過這也並不奇怪，因為在過去SpaceX的21次"二手火箭"發射任務當中，"獵鷹"家族從未失手。有了如此巨量的數據和經驗做支撐，"重型獵鷹"的成功實際上早已水到渠來——說到底，在幾年前SpaceX背負著火箭回收失敗的虧損、嘲笑乃至於"融資騙子"般的罵名，但仍要一次接一次地用失敗探索火箭復用路線的時候，今日"獵鷹"火箭家族"獨霸全球"式的勝利就已經被悄然奠定。

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