李會超:副總統的死命令,商業航天搞不定——寫在獵鷹重型火箭首次...

【文/觀察者網專欄作者 李會超】

去年獵鷹重型火箭首飛時，在地球附近飛行的紅色跑車和太空人假人為其賺足了眼球。4月11日，SpaceX公司的獵鷹重型火箭的第二次飛行取得成功，將Arabsat-6A衛星成功送入同步轉移軌道。此次飛行也是獵鷹重型火箭的首次商業飛行，開啟了這型火箭的商用之路。本次發射堪稱完美，除了成功將衛星送入軌道外，兩個助推器和芯一級也全部成功回收。然而，本次發射也反映出了獵鷹重型火箭技術上的一些局限性——它並沒有一些人認為的那樣神乎其神。

給衛星續命不徹底

Arabsat-6A通信衛星的運營機構為阿拉伯通信衛星組織，這個組織有21個阿拉伯國家共同興辦，為阿拉伯地區國家提供通信衛星服務。雖然「金主」是阿拉伯人，但這顆衛星由美國公司設計製造，也由美國公司的火箭負責發射。Arabsat-6A衛星採用了洛克希德·馬丁公司的A2100衛星平臺，重量為6.46噸，除了能為阿拉伯國家集中的中東地區提供服務外，還能為北非和東歐的部分地區提供服務。

獵鷹重型火箭發射Arabsat-6A

通信衛星一般工作在赤道上空、距離地面36000公裡的地球同步靜止（GEO）軌道上。在這裡，衛星繞地球自轉的角速度與地球自轉的角速度剛好相同，衛星可以相對地面保持靜止，從而可以連續的為某一特定地區提供服務，地面上的衛星天線（也就是俗稱的「大鍋」）的指向在初次調好後就無需再做調整。發射工作在這種軌道上的衛星時，火箭首先攜帶衛星進入距離地面幾百公裡的近地圓軌道上，並關機滑行。在滑行到合適位置後，火箭將再次打開發動機，將衛星送入同步轉移軌道（GTO）上去。這是一條一端與近地軌道相連，另一端與同步軌道相連的橢圓軌道。

以往，在GTO軌道的遠地點開機加速、進入軌道的操作一般由衛星本身的發動機來完成，需要消耗衛星攜帶的燃料。衛星在軌工作期間，發動機同樣需要消耗燃料對衛星進行軌道和姿態的維持，從而使衛星始終處在正確的位置、天線始終朝向正確的方向。一旦燃料耗盡，即便衛星其他器件都還能正常工作，衛星很快也會因為姿態無法維持而退出服務。衛星攜帶的總燃料是一定的，如果能夠減少變軌過程中消耗的燃料，則能夠將更多的燃料留給在軌工作期間使用。據阿拉伯通信衛星組織CEO在發射前透漏的信息，Arabsat-6A之所以選擇獵鷹重型火箭，是因為其更高的推力能夠給衛星帶來更長的壽命。

（本次發射的時間線）

今年2月，與Arabsat-6A配置基本一致的Saudi Geostationary Satellite-1/Hellas Sat-4衛星由歐洲的阿麗亞娜5型火箭發射，其預計的在軌壽命能夠達到15年。而使用獵鷹重型火箭發射的Arabsta-6A，則被續命到了18-20年。近年來，使用能夠在軌道上長時間工作、多次點火飛行的火箭上面級，直接將衛星送入GEO軌道的發射變得越來越多。例如，在部署北鬥導航衛星系統的過程中，我國的遠徵一號上面級就多次執行了直送GEO軌道的任務。而獵鷹重型火箭此次還是將Arabsat-6A送入了GTO軌道，從GTO向GEO的轉移仍需要使用衛星本身的動力，「續命」並不徹底。實際上，SpaceX並沒有單獨研發上面級，獵鷹9號和獵鷹重型火箭基本相同的第二級能夠在軌道上較長時間滑行和多次開關機，在一定程度上具備上面級的技術特徵。然而，也許是受限於第二級的技術水平，SpaceX目前還沒有進行過直送GEO軌道的發射。

（上面級是一種既具備火箭又具備軌道器特徵的太空飛行器，圖為遠徵一號上面級正在工作。）

魚和熊掌不可兼得

作為被一些人稱為「地表最強」的運載火箭，獵鷹重型火箭的標稱GTO運載能力可達26.7噸。用這樣一顆能力巨大的火箭發射僅有6噸多重的Arabsat-6A到GTO軌道，似乎是大馬拉小車的能力浪費。然而，在實現助推器和芯一級全部回收的情況下，獵鷹重型火箭的GTO運載能力將會銳減到8噸。也就是說，「地表最強」的運載能力和可回收重用的功能是魚和熊掌，不能在同一次發射中兼得。