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SpaceX公司2018年主要工作盘点

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2018年,美国SpaceX公司的“猎鹰”9、“猎鹰重型”火箭取得多项显著成果,“猎鹰重型”火箭与BLOCK 5型“猎鹰”9先后实现首飞,BLOCK 5型“猎鹰”9还首次完成同一枚火箭的第三次使用;下一代“超重-星船”运载系统与载人型“龙”飞船进展顺利,“星链”计划首批两颗试验卫星在轨试验进展顺利,并得到美国政府批准将打造上万颗卫星组成低轨互联网星座。

一 火箭发射情况

2018年,“猎鹰”9火箭共完成21次发射,占美国2018年总发射次数的61.8%,占世界总发射次数18.4%;将107颗卫星(zuma卫星未能入轨但与火箭无关)、3艘“龙”飞船送入轨道,其中商业发射16次,NASA载荷发射4次、美国空军发射1次。在上述21次任务中,除7次放弃回收之外,12次全部成功回收、1次部分成功、1次回收失败;使用回收的火箭进行任务发射11次,重复使用率超过50%。

1.实现“猎鹰重型”火箭首飞

2月7日,携带特斯拉跑车的“猎鹰重型”火箭从肯尼迪航天中心LC-39A发射台成功发射;两枚助推火箭成功实现陆地回收,芯级未能实现海上回收;火箭二级经过三次点火以及6小时滑行,将特斯拉跑车推离地球轨道,但未能将送至预定的地球-火星转移轨道,该载荷将围绕太阳永久运行。

虽然未能将载荷送入预定轨道及未能实现芯级回收,但从首次试验飞行的角度来看,“猎鹰重型”火箭成功从发射台起飞,助推器顺利与芯级分离并回收,芯级与二级分离、二级多次点火,最终将无动力和无控制的载荷送入深空,应该说首飞任务获得成功。

“猎鹰重型”火箭高70米、宽12.2米,起飞重量1420吨;总推力超过513万磅;不考虑回收时,近地轨道载荷能力63.8吨。地球同步转移轨道载荷能力为27.7吨,火星载荷能力16.8吨。此次成功首飞,标志着“猎鹰重型”成为现役最强大火箭,其运载能力在人类航天史上仅次于美国登月所使用的“土星”5火箭和前苏联的“能源”号火箭。

“猎鹰重型”运载火箭未来可能的任务方向包括:一是大型军用载荷发射。目前只有“德尔它”4可以发射大型军用载荷,一旦“猎鹰重型”运载火箭取得军方发射资质,那么就可以与“德尔它”4展开竞争,争夺军方大型载荷的发射。二是行星资源开发。目前美国已经通过立法鼓励商业公司开发小行星上的资源,而“猎鹰重型”运载火箭具备将探测器直接送往小行星带的能力,因此会得到美国商业星级资源开发公司的青睐。三是月球探索。尽管NASA已经开发了“航天发射系统”(SLS)重型运载火箭用于月球探索,但是其发射成本是“猎鹰重型”的10倍,且每年发射次数有限。因此一旦可靠性得到验证,低成本的“猎鹰重型”有可能像“猎鹰”9一样,被NASA直接采购使用。

2.BOLCK 5“猎鹰”9火箭的首飞和3次使用

北京时间2018年5月12日、8月7日与12月4日,SpaceX公司的同一枚BLOCK 5型“猎鹰”9火箭先后将一颗“孟加拉之友-1”通信卫星、一颗印尼的通信卫星以及SSO-A拼单任务载荷送至预定轨道,成为该公司首枚使用3次的火箭。由于此前“猎鹰”9火箭最多使用两次,因而此次任务对于SpaceX公司而言意义重大,标志着火箭重复使用技术的进一步成熟。

BLOCK 5型火箭是“猎鹰”9火箭的最终版本,未来“猎鹰”9不会再进行大的改型;预计将生产30-50枚该型火箭,以进行约300次发射任务,直至未来被BFR巨型火箭所替代。该型火箭最大的特点是重复使用效率极大提高。BLOCK 5型火箭回收后,确认状态后可直接重复使用,间隔最短为24小时。预计2019年SpaceX公司将试验24小时内使用同一枚BLOCK 5型“猎鹰”9执行2次发射任务。此外,BLOCK 5型火箭重复使用次数至少为10次,若回收后“做适当的整修”,该型火箭可使用高达100次。

3.完成GPS-3的发射

12月23日,“猎鹰”9火箭成功发射美国空军的首颗GPS 3卫星,完成了该公司今年的第21次也是最后一次发射。这次发射对SpaceX来说是一个双重里程碑,不仅是2018年的收官之作,突破了2017年18次发射的记录,并且首次完成美空军“渐进性一次性运载火箭”(EELV)的军用载荷发射任务,标志着“猎鹰”9火箭已从民用发射市场正式拓展到军用载荷发射市场。此前,SpaceX虽然发射过国家侦察局的NROL-76卫星和美空军的X-37B试验飞行器,但此次是首次EELV任务,因此意义更加重要,未来还将发射另外4颗GPS-3卫星,军用发射前景广阔。

二 “超重-星船”运载系统研制工作不断推进

“超重-星船”是SpaceX公司目前的重点研发项目,其方案由公司创始人马斯克在2016年首次提出。系统最初命名为“星际运输系统”(ITS),2017年改为“超重型猎鹰火箭”(BFR),2018年更名为“超重-星船”。“超重-星船”系统由火箭级和飞船两部分组成,其中“超重”是运载火箭,“星船”是上面级+飞船。均可垂直着陆并可重复使用。

在2018年最新透露的方案中,“超重-星船”的近地轨道运载能力为100吨。“超重”高度降至63米,直径降至9米,缩减为原设计的3/4,采用31台“猛禽”液氧/甲烷发动机;“星船”高度增加至55米,使用7台与火箭级相同的“猛禽”发动机,以降低研制风险和成本。另外,SpaceX还将针对真空条件对“猛禽”发动机进行优化,飞船尾部配备3个尾翼并设有着陆支腿,前部设有2个活动翼,内部空间约1000m3,能够容纳40个乘客。

2018年,“超重-星船”的研制步伐不断加快,进展顺利,“猛禽”发动机的研发工作已进入测试阶段。“星船”系统将于2019年3月开始“跳跃”测试,即发射至数千米高度随后垂直降落,目前试验用“星船”已经组装完毕,将使用试验版和正式版“猛禽”的混装版。

SpaceX还计划在2023年后利用“超重-星船”进行首次绕月载人飞行,任务周期约为6天,将把乘客(日本的前泽友作及其他同行者)送达距地球50~65万千米的轨道,成为飞离地球最远的载人飞行任务。此外,“超重-星船”还瞄准火星探测活动,计划在2022年发射登陆火星的货运飞船,并在2024年发射登陆火星的载人飞船。

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