解读 | 重型猎鹰火箭的第三次发射

+ 张雪松

6月26日，北京时间下午2:30分，美国SpaceX公司的重型猎鹰火箭成功进行了第三次发射。尽管重型猎鹰的发射已经是第三次，但本次发射依然热度不减，因为任务具有空前的技术挑战性，仍吸引了全世界航天相关人士的热切关注。火箭发射升空后虽然芯一级回收失败，不过其他任务圆满完成，尤其是整流罩首次回收成功，算是一个意外的惊喜了。

超难任务 · 挑战多

重型猎鹰STP-2任务是SpaceX公司历史上难度最大的发射任务，它使用的本来就是还不算成熟的火箭型号，而且还要面对多个高难度挑战：

1、火箭二级4次点火，将24颗卫星送入3个轨道面。

2、史上最远距离也是再入速度最快的芯级回收。

3、再次尝试回收整流罩。

首先看第一项：火箭二级4次点火，这也是STP-2任务最硬核的部分了。

先来了解一下目前世界主力火箭这方面的情况。我国长征三号甲火箭第三级只有二次点火能力，为了直接发射MEO轨道的北斗卫星，还专门研制了远征系列上面级，而远征一号和二号只有两次点火能力。美国航天技术水平领先世界，其宇宙神5和德尔塔4火箭使用氢氧上面级，具备直接将卫星送入静止轨道的能力，但也只用到3次点火。俄罗斯倒是有点火次数更多的上面级，但无论是微风上面级还是弗雷盖上面级，都使用常温自燃推进剂。和它们相比，重型猎鹰火箭使用半低温的液氧煤油推进剂，第二级还要进行4次点火，而且首尾点火时间间隔长达3个半小时，其难度是空前的。

也许有人问，猎鹰九号火箭第一级回收的过程中，有时也需要发动机进行三次点火，这看起来没那么难吧？其实不然，火箭二级在地球轨道上长时间巡航，除了要求二级设备和发动机具备更长的工作时间，还要克服失重带来的推进剂沉底难题，以及轨道上高低温环境带来的推进剂温控等难题，这都是火箭一级回收时不曾面对的考验。更关键的是，这次任务不仅是重型猎鹰首次一箭多星发射，还要把24颗卫星分别送入3个轨道面，分别是：

·倾角28.5度、近地点和远地点分别为300公里和860公里的轨道。

通常整流罩属于非飞行部件，更不属于部署的航天器，但这次任务却不同往常：应军方要求，发射一个特制版的整流罩，为美国空军收集声学数据。

·倾角24度、轨道高度720公里的圆轨道。

·倾角42度、近地点6000公里、远地点12000公里的轨道。

一箭多星、还要送入多个轨道高度和倾角都截然不同的轨道面，难度可见一斑！这不仅要求火箭具备多次点火能力，也对导航制导控制系统提出了很高要求，还要求有足够的运力转换轨道面。

再看第二项，史上最远距离也是再入速度最快的芯级回收。重型猎鹰火箭的运载能力很强，STP-2任务的载荷虽然有3.7吨左右，而且需要射入3个轨道面，但重型猎鹰火箭运力并没有因此捉襟见肘，依据就是——芯一级原定在距离岸边39公里的回收船上降落，这是受限于卡纳维拉尔角只有两个降落点，否则完全可以让芯一级飞回发射场，实现三枚火箭同时降落的壮观画面。有趣的是，STP-2任务发射前，SpaceX临时决定将回收船部署到距离发射场1245公里外，创下有史以来最远的芯一级船降纪录，此前火箭芯一级海上回收距离陆地最远的是上一发重型猎鹰火箭，为970公里。

箭体上的灼烧痕迹是两枚助推器的复用勋章；崭新的芯一级最终遗憾坠入大海。

原定回收地点离岸仅39公里，可见此次发射芯一级的超远距离降落回收和火箭运力并无关系。有消息称，本次发射美国空军要求收集整流罩声学数据，这就要求火箭加速到芯一级速度极限，模拟发射大质量卫星的场景，这可能是临时更改为测试极限距离回收的主要原因，不过这也意味着火箭芯一级将以前所未有的速度，再入大气层并回收。根据发射直播视频上显示的数据，STP-2任务中芯一级关机速度高达11080公里/小时，要比重型猎鹰第二次发射时10700公里/小时的关机速度还要高一些，更不要说重型猎鹰首飞时9540公里/小时的关机速度了。

高速度意味着再入时的超高温考验。遗憾的是，本次重型猎鹰没能拿到满分——火箭芯一级虽然顺利再入，但最后没能降落到海上回收船上，而是直接坠落到海里。从直播视频看，芯一级火箭的减速和控制都不太对劲，事后确认是火箭的发动机舱烧穿，导致中央那台发动机的矢量控制失效。猎鹰火箭芯一级垂直降落全靠这台发动机的摆动来控制姿态和弹道，发动机推力矢量失效，芯一级自然无法准确降落了。

换句话说，如果将来不加强发动机舱防热措施的话，这就是猎鹰火箭芯一级再入速度的极限了。从重型猎鹰芯一级11080公里/小时的极限速度推断，只要试图回收芯一级，火箭运力就要受到极大的限制，无法接近一次性使用时那令人震惊的强大运力。考虑到SpaceX公司一直要回收复用重型猎鹰的芯一级，看来未来芯一级技术迭代还有得折腾。

第三项也就是整流罩回收，这次捕获回收成功真是意外之喜！事后有外国网友精辟总结：1.5年，3套手臂，4次换网，无数次测试，2个大洋，5次失败，更名后终于成功回收整流罩。

此前距离成功最近的一次，整流罩在回收船几十米外落入大海。本次，CEO马斯克已经一颗红心两手准备，一方面继续改进捕获船，另一方面直接使用海里捞上来的整流罩。其实今年星链卫星首次发射时，就成功复用了被海水浸泡过的整流罩，但马斯克显然还不死心，一定要实现完美复用！捕获船进行了最新升级：四个网臂的张角放大，扩大了捕获网的面积；还把黄色网改头换面变为蓝色网；并将名字从“斯蒂文先生”（Mr.Steven）改名为“GO树女士”（GO Mrs. Tree）。也许是更新升级带来捕获能力升级，也许是改名带来了好运气，STP-2发射任务中，树女士完美地接到了一片整流罩，火箭整流罩回收终于首获成功！

2015年底，猎鹰火箭一级才首次垂直着陆成功，但马斯克和SpaceX用很短的时间就让猎鹰火箭回收这件事变得毫无悬念；如此说来，未来整流罩的成功回收也可能很快就成为世人习以为常的事。不要小看整流罩，为了保护卫星等载荷，看似只有一层壳的整流罩也是高成本的子系统，据称它就占了火箭成本的10%左右，或者说一个整流罩就价值几百万美元。如果整流罩回收常态化，猎鹰系列火箭的成本将得以继续降低，其在世界商业发射市场上的竞争力就更是一骑绝尘了。

发射成功 · 价值大

重型猎鹰火箭的STP-2任务已经成功，除此之外还有一些其他的花絮：

·这是SpaceX公司接到的价值最高的发射合同，美国空军为此支付了1.6亿美元，比马斯克报出的一次性重型猎鹰1.5亿美元的发射报价还要高；

·这次任务还是重型猎鹰首次夜间发射，不过对于轻车熟路的SpaceX公司来说，夜间发射早已没有什么难度和挑战了；

·这次任务还有更商业化的部分，运送了152位逝者的骨灰进入太空，包括航天员Bill Pogue和航天记者Frank sietzen的骨灰，不过这只是Celestis公司的商业项目，而且并非首次太空骨灰发射。

STP-2发射任务圆满完成，重型猎鹰第三次发射成功，最大的赢家可以说是SpaceX公司和美国空军。复用火箭对SpaceX公司已经不新鲜，但对美国空军却是全新事物，通过这次任务的摸索和学习，美国空军将逐步建立重复使用火箭的使用流程和规范，未来可使用复用火箭进行更多的发射，降低航天任务的发射成本。SpaceX公司通过这次发射成功也大有收获——猎鹰九号火箭已经通过了美国航天局和美国空军的资格认证，重型猎鹰火箭却还需要连续三次发射成功才行。

从2018年首飞成功到STP-2任务正好是三次发射，至此重型猎鹰通过美国空军的资格认证。STP-2任务还特意验证了多次点火和多轨道面发射能力，证明重型猎鹰火箭具备将卫星直送静止轨道的能力。重型猎鹰火箭的运力能满足美国空军目前所有的发射任务需求，可预见的未来也不存在它无法发射的大型卫星，看来，传统军事发射承包商美国联合发射联盟（ULA）的好日子是快要到头了。猎鹰九号和重型猎鹰火箭物美价廉，在未来的国家安全发射任务（NSSL）竞标中处于非常有利的位置。虽然NSSL第一阶段没有SpaceX公司，但美国空军表示并不影响其进入第二阶段竞标，同时强调，未来NSSL合同将分给两家公司，大致按照60:40的比例。现在NSSL第一阶段的4家公司，联合发射联盟可以说是美国空军的“亲儿子”，而且历史发射记录保持良好；蓝色起源公司和诺斯洛普·格鲁曼公司的新火箭研制进展较慢，均处于不利地位，以至于蓝色起源公司的CEO贝索斯一再要求推迟竞标。大胆预测，如果不出意外，未来NSSL合同将是SpaceX公司拿到60%而联合发射联盟拿到40%。同样，三次成功发射后，对价格和利润最高的国家侦察局大型卫星发射合同，重型猎鹰火箭也有了竞标资格。未来发射直送静止轨道的大型侦察卫星，是选1.6亿美元的重型猎鹰还是3.5亿美元的重型德尔塔IV，或是2亿多美元的火神火箭？相信美国空军会做出明智的选择。毫不夸张地说，重型猎鹰火箭的这次成功，让SpaceX公司拿到了军用发射市场中利润最丰厚俱乐部的入场券。SATNET