离航天飞机只差一步!“史上最难“猎鹰火箭发射究竟难在哪?

在全部的24颗卫星部署完成之后,"重型猎鹰"火箭的第三次发射任务总算是成功落下了帷幕:除却芯一级火箭回收失败之外,本次STP-2发射任务所使用的"重型猎鹰"运载火箭的芯一级助推器、乃至于整流罩都得以全部回收。

不过,单纯的火箭构件回收对于缔造"重型猎鹰"运载火箭的SpaceX而言早已不再是什么难事——从STP-2发射任务的诸多细节来看,"重型猎鹰"运载火箭表现出的能力早已远非各国传统运载火箭可比,距离已是绝唱的航天飞机几乎可以说只有一步之遥。

图为在夜空中拔地而起的"重型猎鹰"运载火箭。

正如本文开头所说,"重型猎鹰"运载火箭本次执行的STP-2任务需要向轨道空间部署多达24颗卫星。而和单纯的"撒土豆"不同的是,这24颗卫星还分别位于三个不同的轨道上,这意味着"重型猎鹰"的芯二级火箭将要在轨道上工作数个小时,并重新点火三次才能完成所有的变轨工作。

当然,多次变轨对于其它各国的常规运载火箭来说并不是多难的难事:在安装专用的"上面级"之后,各款常规运载火箭也能在不同的轨道间"摆渡"——但问题就在于,STP-2任务中的"重型猎鹰"运载火箭根本就没有"上面级"这个构造。

图为俄罗斯研发的"微风-M"上面级剖面图,和宇宙飞船的构造高度相似。

通俗来说,负责将人造卫星"摆渡"到不同轨道释放的"上面级"火箭实质上就是一款简化过的宇宙飞船,其使用的发动机和宇宙飞船类似,都是强化过多次重启能力的小型火箭发动机,只不过在燃料容量和变轨的冗余度上有所简化。

但相比之下,"重型猎鹰"火箭的芯二级则只使用一台"梅林"液氧煤油发动机,在参数上只和地面使用的"梅林"有些许差距,其余大体一致——而这也就意味着,执行本次STP-2任务的"重型猎鹰"火箭已经达到了"常规运载火箭+上面级"这一组合的效果,真真有点"一力降十会"的味道。

图为本次"重型猎鹰"火箭发射任务的火箭轨迹延时摄影,"两道"式的轨迹来自于着陆回收的芯一级助推器,"拐弯"则来自于回收的芯一级火箭。

从STP-2任务的最终表现来看,"重型猎鹰"交出的成绩单完全可以用"优秀"来概括——芯二级火箭上的"梅林"发动机不仅成功地在宇宙空间完成了三次再点火,并且工作时间和推力表现都没有脱离额定标准,表现出了堪称变态的可靠性。

毫不夸张地说,如果芯二级火箭在经济层面上值得SpaceX设计回收调姿系统,那么"重型猎鹰"将会被这群"航天疯子"设计成从整流罩到助推器全身"可回收"的火箭……而SpaceX的工程师们之所以不动这个心思,说到底还只是单纯地考虑到芯二级火箭回收划不来罢了。

图为航天飞机的发射流程,不可回收的燃料箱(红框内)将被抛入大气层焚毁。

让我们稍稍回忆一下上个时代人类最强航天工具,也就是航天飞机的发射流程:在携带一个橙色的巨型燃料箱,以及一对固体火箭助推器升空之后,航天飞机首先会在一定高度抛弃掉耗尽燃料的助推器,后者将在指定高度开伞并溅落海面等待回收。至于巨型燃料箱,则将在航天飞机飞出大气层恰好耗尽燃料后丢弃,并在大气层内焚毁。

总而言之,航天飞机仍然是"不完美"的重复使用航天器,其重复使用的代价就是那个被丢弃焚毁的燃料箱;而异曲同工的是,"重型猎鹰"运载火箭迄今为止也达到了除却某一组件之外,其余其它组件全都可回收的境界,单单从航天发射任务上两者就已经几乎可以相提并论。

图为在运行途中突然"变轨"的OTV-3号X-37B无人航天飞机,强大的变轨能力也是类似载具不可或缺的核心能力。

诚然,除却可回收复用之外,航天飞机还有两门"独门绝学"令当代常规运载火箭难以望其项背:其一是灵活多变的轨道变更能力,其二就是能够把卫星载荷带离轨道,甚至于将其带回地球表面,这也正是航天飞机在退役多年之后,包括美国在内的各航天大国对它"念念不忘",以至于美国空军还要点名研制出X-37B这种有限替代品的核心原因之一。

图为从航天员视角拍摄的航天飞机,注意其展开的载荷舱。和机械臂。

而可以肯定的是,"重型猎鹰"芯二级火箭表现出的变轨能力已经足以和航天飞机相提并论,只是还无法达到X-37B无人航天飞机这种少则在轨半年,多则两年的"变态续航";此外,"重型猎鹰"运载火箭的芯二级也只是普通的航天运载工具,自然也就难提具备随意摆弄在轨卫星,乃至于"九天摘星"这种绝学了。

但对于商业航天产业而言,这个"一步之遥"并不是很重要的事情:毕竟"重型猎鹰"运载火箭的商业发射报价最高不超过9000万美元,比起"2亿美元起跳"的美国联合发射联盟(ULA,俗称美国航天国家队)那无疑是地摊价,在报价动辄上亿美元的俄罗斯、欧盟等竞争对手面前也有决定性优势。

更何况要谈起当今世界唯一现存的航天飞机X-37B,那也一直都是"重型猎鹰"运载火箭的小弟弟,"猎鹰九号"的活儿。

图为"猎鹰九号"运载火箭整流罩内的X-37B无人航天飞机。

在航天业界有这么一个说法:一款新火箭/新飞船的头三次发射危险系数最高。反过来说,若能"过三",则标志着这款新火箭/飞船的稳定性已经能够被初步证明。

而在完成了STP-2发射任务之后,"重型猎鹰"运载火箭无疑就完全踏入了这个"稳定期"——坊间甚至已经忘记了一个很明确的事实:这一枚"重型猎鹰"火箭的两发芯一级助推器来自于上次"阿拉伯-6A"通信卫星发射任务所使用的同型火箭。

图为即将被送往发射场的"重型猎鹰"火箭,可见箭体有明显污损。

不过这也并不奇怪,因为在过去SpaceX的21次"二手火箭"发射任务当中,"猎鹰"家族从未失手。有了如此巨量的数据和经验做支撑,"重型猎鹰"的成功实际上早已水到渠来——说到底,在几年前SpaceX背负着火箭回收失败的亏损、嘲笑乃至于"融资骗子"般的骂名,但仍要一次接一次地用失败探索火箭复用路线的时候,今日"猎鹰"火箭家族"独霸全球"式的胜利就已经被悄然奠定。

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