美國東部時間 8月7日凌晨1點12分,佛羅裡達州卡納維拉爾角NASA甘迺迪航天中心,39A發射臺,SpaceX再次毫無懸念地 進行了 一箭六十星 同時回收火箭的操作——獵鷹9 第10次 星鏈發射任務。
載荷為57顆星鏈衛星+2顆黑天地球觀測衛星。
如此,Starlink星鏈衛星已發射總數便逼近了600顆,早已是擁有衛星總數最多的私營企業。但是,在距離地球近550公裡的近地軌道運行時,其太陽能電池板反射造成的光線影響比較明顯,尤其受到了天文方面人士的抱怨,比如這曝光時長為25秒的的天文望遠鏡照片:
他們認為這很影響觀測。直觀原因如下圖小箭頭所示,反光主要指衛星在陽光被照到的上空,反射到黑夜裡正在觀測中的地面。尤其指在剛進入晚上和黎明前所 總共約90分鐘的時間裡,產生的反光在黑暗中顯得尤其明顯:
而SpaceX卻願意為了這90分鐘進行改進,與主要天文團體合作減輕衛星反光率。
從第7次發射時,使星鏈衛星通過在軌姿態調整,使這90分鐘的光線不會直接反射到地面。
另外,從這次的星鏈任務開始,為所有57顆星連衛星 全面配備 可展開式遮陽板VisorSat。
以阻擋陽光照射到衛星天線最亮的地方。
因此,早期的幾百顆星鏈,將成為夜空中有限時段內,僅有幾列的「衛星火車」:
星鏈進度超過了1.4%,即將初具規模 ,當達到800顆衛星時,將提供 一定量的網際網路覆蓋,並先為北美地區提供服務和封測
而這次發射後,SpaceX大放內部福利——給員工、朋友和家屬優先測試Starlink網絡,該網絡有朝一日將在全球範圍內提供覆蓋。用戶將通過UFO碟形終端接收網際網路連接,這種終端能夠自我調整方向,從在軌的星連衛星獲得信號。
前期為了這將近600顆衛星發射,立下汗馬功勞的獵鷹9,
這次是在夜間發射,又帶來了奇特的觀感,成為了「夜鷹9」:
經過多次魔改,獵鷹9號的9個梅林1D+ 開式循環液氧煤油發動機,推重比高達200:1,動力強勁,高壓之下的燃燒產生大量的光和熱,
長時間曝光的照片裡,可見其在黑暗的天空中留下一道明亮的弧線,在離開地球大氣層前往往還留下煙跡。如同煙花或極光
升空約8.5分鐘後,助推器從太空返回,夜空中完美地降落在「當然我仍然愛你」的無人船上。
這是獵鷹9系列火箭第88次發射,其中49次著陸,34次再次發射,要算上捆綁獵鷹9而成的獵鷹重型的話,實際有58次著陸
這是SpaceX第3枚火箭執行5次發射,也是第2枚成功著陸5次的獵鷹9火箭。
這次發射的編號為B1051的一級火箭是第5次發射,因此詳細編號由B1051.4變成B1051.5
B1051發射歷史:
1、2019年3月 進行了 NASA 商業載人航天任務的Demo-1
2、2019年6月 為加拿大發射了4噸重的太陽同步軌道衛星
3、2020年1月末,執行 第3次星鏈任務60星
4、2020年4月22日,第4次星鏈任務,60星
距離這次發射大約是3個多月,比正常的發射準備周期2個月,晚了1個半月,這次發射也確實推遲了5次之多,不過SpaceX方面表示,這並不是火箭的原因,更多是因為天氣
如此看來,火箭發動機的多次使用後,並沒有產生明顯的運力下降,第5次發射依然是可回收模式下近乎滿載的重量16.6噸
證明經過10餘年的發展與改進,新版獵鷹9 Block5 可回收獵鷹9 動力強勁,發動機壽命長,發射重量提升80%以上,使其能攜帶冗餘燃料垂直反推降落無人船,如果是輕量載荷,則可直接返回地面。
如今第5次發射仍可做到載重16噸並且返航,充分證明了 所號稱的可重複發射100次,每10次以內不需要大修的使用壽命
而且現在更加極致的是 整流罩也搞打撈甚至直接接住,上次已然回收了兩塊,這次1塊沒能撈到。
這足夠讓獵鷹9成為現役全球最閃耀的系列火箭,一級自動返航 無與倫比,整流罩回收降本極致。
獵鷹9功勳卓著,為SpaceX佔領了美國發射市場,同時今年二季度看,太空飛行器發射重量佔全球2/5以上,風頭一時無兩
燃鵝。。。
就是這樣功勞顯赫的爆款,SpaceX沒有再給其更多的魔改和挖潛,在Block5推出並取得成功後,直接宣布停止改進。
按馬斯克的說法,是全力研發BFR星艦,我們這就通過對比來分析,星艦憑什麼能讓SpaceX決定讓「功臣」加快退役成為「老臣」:
1、載荷能力:
如下圖右邊獵鷹9 本來已經很多的配置 16.6噸(60顆星鏈),深空運力有限,需要重型獵鷹
被馬斯克強調的星艦,可回收版本下,約100噸的LEO運力,預計達到240~360顆星鏈,也就是達到了獵鷹9的4~6倍。(下圖為樂觀估計下,沿用獵鷹9星鏈的部署架構,極限狀態120噸的版本——420顆)
2、用途:
當前,獵鷹9可發射普通太空飛行器,例如衛星,另外還有指定宇宙飛船 龍和載人龍。
星艦,除了普通太空飛行器,本身具備宇宙飛船功能,也可以進行深空太空飛行器部署、亞軌道洲際載人上運飛行,通過在軌燃料加注,可以把更重的載荷運送至深空並且還能返航(包括了火星起飛)
3、可復用性
可回收形態下,60顆星鏈,獵鷹9需要無人船出海接應,整流罩回收非常看運氣,而二級火箭目前還無法回收,估價700萬~800萬美元。
星艦則不需要再擔心 二級火箭和整流罩的問題,可以整艦直接返航,一級火箭自動返回發射臺,星艦也可垂直反推降落,整套火箭全可復用!
4、燃料
獵鷹9採用液氧煤油組合,算是主流。但來自石油,不可再生。煤油容易產生積碳問題,影響發動機壽命和保養工作。
星艦採用液氧甲烷組合,除了可以開採天然氣提純,也可以人工合成,甚至在火星上都有以及可生產。當前價格僅為煤油的 1/3,而且 燃料本身比衝上限459比 煤油370高,理論效率更高,更適合深空飛行。 甲烷充分燃燒是水和二氧化碳,沒有什麼積碳現象。對發動機更友好。
5、發動機
獵鷹9的梅林1D 亮點在於推重比200:1,可以說是冠絕全球。但方式為開式燃燒循環,燃燒效率還不夠高。壽命為100次。再發射準備周期2個月
星艦的猛禽發動機,得益於更優良的合金,採用了當今最先進的方式,全流量分級燃燒循環,燃料利用率更高,燃燒室壓更高,可達300個大氣壓,當今最高,然後實際運行中,下調數值,達到更穩定可靠的工作狀態,1000次飛行。 同一枚一級重型火箭再發射最多1個小時
6、綜合成本
獵鷹9,多次重複發射的成本大約是1000餘萬美元(主要為二級火箭+燃料+0.5~1個整流罩)其中整流罩方面的回收還不太可控
星艦,每次發射可以不考慮二級火箭的大約700萬美元,以及600萬美元的整流罩,加上更貴的造價,馬斯克透露是200萬美元,我們可以先翻3倍來算,保守估計其為600萬美元,但這仍然比獵鷹9要便宜得多。
因此,很明顯了
同樣是可回收版本,獵鷹9部分回收,「只能」 16噸 60顆星鏈。
而星艦全可回收,運力100噸,240~360+的星鏈衛星,是獵鷹9的4~6倍以上
而發射成本星艦是獵鷹9的1/2都不到(把馬斯克號稱星艦的200萬翻3倍來算),
也就是說,部署效力方面
每次獵鷹9發射60顆的費用,星艦可至少發射2次以上(實質可能到6-7次),每次240~360顆,同成本部署量是獵鷹9 的8~12倍或以上
「只帶」240顆仍然大有空間的樣子
若真按馬斯克所說200萬美元的成本來算,可達24~36倍
這完全是對獵鷹9的碾壓、完爆,傳統火箭連比試的資格都沒有
同樣是星鏈衛星,在相同費用下
我們看到1年多以來,10次獵鷹9 發射了600顆星鏈,而將來換成BFR星艦,可以看到20次以上發射,4800~7200顆(20×240~360) 或以上
而要達到同樣4800~7200顆的部署量,獵鷹9要發射多少呢? 80~120次發射!跟部署力數字一樣,翻8~12倍,這帶來了不小的維修保養工作:
每2個月回收檢修再發射1次,這樣單枚獵鷹9年發射量最多6次,這就需要至少14~20枚獵鷹9,
如果每個20餘人的檢修小組進行維護,則需要300~500人來維護,每人每年維護 6個周期
星艦本身,由於發動機高可靠性,基本上2枚左右的重型一級火箭,以及2艘星艦就可以輕鬆達成此發射量, 發動機方面的維護保養工作要簡單得多,每次發射間隔按小時算,50次發射以上才需要進行檢修,因此從根本上來說,1艘星艦一年內可輕鬆完成這20次發射
所以如果是發射衛星,還真不如換成星艦來的高效。僅僅一兩套星艦系統,即可完成年部數量4800+,那要是10套,就是翻5倍,1年即可24,000+,
4萬2千的衛星,獵鷹9都要進行700次的發射,10枚獵鷹9要發射12年,而要想2年內完成,起碼要100枚獵鷹9
這要是換作別的公司,用傳統 不可回收火箭發射,4萬2千的衛星,簡直不堪設想,
700枚運力16.6噸的火箭,至少700億美金搭進去了,而且有生產和準備周期。根本耗不起。
而這絕對不是吹出來的「星球大戰」,不是為了「拖垮」別的公司,別的機構當前連能夠與獵鷹9對位匹敵的火箭都沒有,SpaceX根本不需要擔心。而是對於該項業務勢在必得。
即便是即將研發成 新謝潑德火箭的藍色起源,也只是貝佐斯通過亞馬遜申請了3000餘顆。
而藍色起源和ULA雖然在成本等各方面遠不如星艦,但畢竟可回收版會比獵鷹9有燃料成本優勢,而且號稱的完成進度比較早,均為2021年。
即便ULA和藍色起源能各自完成可回收版本的液氧甲烷火箭,有燃料成本優勢,但還不足以反超SpaceX的獵鷹9。從這次 SpaceX和ULA在美國空軍發射競標中勝出,分別拿到3億餘美金的訂單就可知,還沒完成火箭首飛的藍色起源是多麼被動,在面對已經停止改進的獵鷹9Block5時,依然沒有足夠的底氣。
則就更加助長了SpaceX加緊研發星艦的資本、動力與雄心
因此,與其費勁思考回收二級和整流罩、進一步改進獵鷹9成甲烷版,還要還不如趕在 新謝潑德 以及採用了藍色起源BE-4甲烷發動機的ULA新火神等甲烷火箭之前,憑藉仍然領先的猛禽發動機,實行跨越式發展,研發出全部可復用的高頻度大運力的星艦進行新一輪的「碾壓」!
SpaceX正加緊研發BFR星艦的同時,規劃施工博卡奇卡的發射臺,甚至是墨西哥灣多出海上發射平臺的原因之一
而按照現有星艦原型機的研發進程來看,SpaceX步步緊逼,
剛做完靜態測試,過一天就做了試飛
採用主體「鐵罐」單獨進行150米跳的方式,率先測試發動機與RCS、起落架等基本設備
然後再進一步多次「起跳」達到更高更遠的測試距離,以及飛行方式
為了入軌飛行,還必須依靠新一代的超重型火箭,星艦的助推器Super Heavy,因此趕工搭建Super High Bay,現已快完成了3層
同時還不斷改善材料和工藝,打造更多部件
更為精細和全面的SN8,即將完成主體部件,也即將進行總裝
同時旁邊還停靠了久候多時的SN6,因此是多個原型機並駕齊驅、互為備案的形式,對最終的目標實現全方位合圍。
這樣多次測試失敗後 仍然進行「量產式」的大規模研發的,全球僅此一家:
1、首先是私營,CEO與總工程師集於一身,夢想火星的馬斯克話語權極重,公司目標明確,而星艦的深空能力明顯強於獵鷹9,更適合作為火星飛船使用
2、公司目前在馬斯克帶領下,熬過了艱難歲月,終於打造了可回收的爆款火箭獵鷹9,如今非常成功,「不怕失敗與奮鬥」的文化底蘊十足
3、當前獵鷹9仍然極具競爭力,仍可保持,一年半載,同時獵鷹9將來即便不生產,仍有許多枚火箭遠遠沒有達到100次的壽命上限
4、有了充分的經驗和理論依據,有了強大的人才班底和工程團隊,同時和特斯拉一樣,是當前美國工程技術類專業的畢業生最嚮往的單位!
天時地利人和,如果一切順利,那SpaceX可以在2021年前完成所有基礎測試,在2022年完完成實際驗證,並開始執行星鏈發射。屆時就會是現在的網紅獵鷹9 眼紅的時候了。
如果2023年前,通過足夠多的發射,讓可靠性得到驗證,那麼2023年前有可能進行載人飛行(這個可能不一定需要專業航天員了),成功後,將如期讓日本富豪繞月飛。
謀事在人,成事在天,「靠天吃飯」的SpaceX深知這個道理,馬斯克也深有體會。因此除了加緊進度,還有就是祈求 各種運氣了,從數據收集、公式與算法的驗證與調整、天氣與進度的配合 等等。
SpaceX計劃2027年完成星鏈,而按照BFR星艦的發展進度來看,
比較看好這幾年提前完成星鏈部署,但前提是星鏈衛星生產速度要趕得上星艦發射的效力。
毫無疑問,星艦 鐵罐子 SN5的驚天一躍,標誌著星艦成功的倒計時,也意味著獵鷹9往後的「日子不多」了。但星艦出來後,獵鷹9未必馬上退役
還有各種發射訂單,比如美國空軍3億餘的訂單,以及NASA的商業載人計劃,尤其NASA,暫時還沒有計劃讓星艦直接對接國際空間站,如果繼續選擇載人龍飛船,應該暫時不需要也不希望星艦來部署
星艦體積超大,完全可以自成空間站
畢竟NASA兩次太空梭的陰影面積太大,估計還不會急於使用星艦,而且NASA對於其垂直降落的方式充滿了「敵視」,他們不敢在地球讓人冒險
畢竟獵鷹9有100次的使用壽命,預計也會在這幾年繼續為國際空間站送貨送人。而且憑藉其與NASA良好的合作關係,甚至可以用「二手」火箭發射第2次正式載人任務(實際第3次載人任務),
如果開了這個頭,並且成功,那將可能會有三手火箭執行載人任務的可能,尤其是一些只發射2位太空人的任務。
因此,星艦上位恐怕還需要到2023年載人任務後,尤其是2024年NASA月球基地版成功之後。
也就是說,獵鷹9在未來2-3年依然會比較活躍,隨著競爭對手以及星艦的成功後,會在幾年後慢慢淡出,只發揮其已執行任務證明過自己的優勢,繼續為NASA等機構執行載人航天服務
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但因為星艦的成本與運力優勢,以及反推著陸特性,NASA絕對會在火星任務上優先考慮星艦。而且SpaceX也會在市場上大力推廣,刺激消費,比如「團購」,甚至可能鼓吹帶動發射各種物品上天,而不只是衛星,比如富豪們各種紀念品放上月球/火星,畢竟2018馬斯克已經開了個頭,讓座駕上天
老闆,覺得這樣酷嗎?
by頭條 頭頭勢道 百家 愛客行 公眾 愛閱福音 特約作者天行客
總編John正
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