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现役最强火箭惊艳复飞,首次直送3.6万公里太空快递

时隔三年终于又见重鹰震撼天地。全球现役最强火箭第四飞今天如约重装出场,尽管浓雾锁天,但依然不负期待,惊艳于世。第四次上演双箭同步着陆秀,首次直送3.6万公里的地球同步轨道!

发射速览

发射时间:美国东部时间11月1日9:41,北京时间11月1日21:41,30分钟的发射窗口期,却在第一时间点干净俐落地启动发射。

发射地点:位于美国黄金发射位、重鹰火箭历次发射主场——佛州肯尼迪航天中心39A发射台,这是SpaceX在该发射位第4次发射重型猎鹰火箭、总计第56次航天发射。

运载火箭:全球现役最强大火箭——重型猎鹰第四枚火箭。动用三枚全新B5火箭捆绑模式发射:中心一级火箭编号B1066.1,一次性消耗不回收;两枚侧翼一级火箭分别编号为B1064.1、B1065.1,既定陆上回收。

发射任务:代号为USSF-44,代表美国太空军第44号太空部署任务,部署要求:将有效载荷直接送达地球同步轨道(GSO),这是SpaceX最具挑战性的发射任务之一。

刷新数据:此次发射刷新一连串的亮眼数据——

重型猎鹰火箭第4飞;三枚B5火箭B1064、B1065、B1066首次使用;SpaceX今年第50次航天发射;全球今年第149次航天发射;SpaceX在肯尼迪航天中心39A第56次发射;两枚侧翼火箭B1064、B1065创造SpaceX第150次、第151次成功着陆回收;同时创下SpaceX连续第76、77次成功回收火箭的新纪录;FH-4重鹰第四飞首度直送载荷至地球同步轨道的高难度任务;重鹰首次承担美国太空军太空部署任务。

截至北京时间11月1日,全球总计轨道级航天发射149次:🇺🇸美国72发(2发失败: Astra 3.3、Firefly α)、🇨🇳中国48发(1发失败:双曲线一号Y4)、🇷🇺俄罗斯19发、🇮🇳印度4发(1发失败:SSLV)、🇪🇺欧洲3发、🇮🇷伊朗1发、🇰🇷韩国1发、🇯🇵日本1发

发射过程▲SpX官方直播重鹰第四飞发射影像

▲USSF-44任务发射流程表

11月1日发射日,佛州卡角浓雾锁天,但锁不住重鹰倒计时发射。T-50分钟时,三枚捆绑式B5火箭第一级开始加注火箭煤油(RP-1),五分钟后,开始加注液氧(LOX)。三枚火箭全部加满需要约287吨液氧、123吨火箭煤油。发射前35分钟,二级火箭开始加注火箭煤油,约17分钟后开始加注液氧。

就在起飞前6秒,27台梅林发动机开启交错点火程序。当所有发动机达到全推力状态之际,凭借510万磅推力,第四枚重型猎鹰火箭磅礴而起,逐渐飞离黄金发射位LC-39A。

27台发动机持续燃烧推进,直到起飞后约两分半钟,两枚侧翼火箭关闭发动机,几秒后分离。经过返航、再入、着陆三次精准自动点火,当发射升空8分多钟后,最终上演梦幻般的双箭着陆,编号为B1064和B1065的两枚侧翼火箭妥妥降落在卡角着陆区LZ-1、LZ-2。由此创下SpaceX第150次、第151次成功着陆回收,同时创下SpaceX连续第76、77次成功回收火箭的新纪录。

基于此次军方任务机密敏感性,SpaceX官方直播发射过程到此为止。大饱眼福大呼过瘾的同时,却戛然而止。

事实上,二级火箭托举着太空军机密载荷持续飞升。期间需要多次点火推升,从GTO一路推升至GSO,从近地轨道爬升至3.6万公里(35786公里)的目标轨道。据悉需要耗时6个小时。

一连串问答

Q:重鹰复飞为啥间隔这么久?

A:FH-3第三飞早在2019年6月25日,与FH-4第四飞间隔长达40个月,看起来这绝不是SpaceX的做事风格,更不是发射商人家的错,而是被客户耽搁了。USSF-44任务原定2020年底发射,整个计划大约推迟了两年之久。而这次任务的客户美国太空军将超长延迟归咎于「载荷难产」,具体点说就是被制造商诺斯罗普·格鲁曼、波音子公司耽搁了。被航天军火巨头拖累也是常有的事儿,哪怕你是军方。

Q:如何直达地球同步轨道?

A:这次部署任务的最大特点,就是利用最强火箭把有效载荷直送3.6万公里远的地球同步轨道(GSO)。以往都是二级火箭将航天器送到数百公里高度的地球同步转移轨道(GTO),再依靠航天器自身推进,逐步爬升至地球同步轨道,这一过程需要耗时数小时甚至数天,与此同时必须消耗相当数量且宝贵的推进剂。而直送航天器至3.6万公里外的高轨道,既能节省宝贵燃料,又可缩短入轨时长。但这项高难度部署任务往往只属于美国军方的特殊需求,并且全由美式国企ULA(美国联合发射联盟)旗下的德尔塔V重型火箭所独揽。但随着该火箭即将退役、替代品火神尚未登场,为SpaceX重鹰担纲此任创造一个机会期,于是就有了重鹰直送GSO的特殊使命——USSF-44任务。

可以说,这是创立二十年的SpaceX首度执行这项最具挑战性的高难任务。具体来说,当重鹰二级火箭与中心一级火箭分离后,执行首次点火持续爬升,从GTO直至GEO。预计穿越范艾伦辐射带需要滑行长达6个小时,经过多次点火后,最终直抵约3.6万公里外的地球同步轨道,才会部署金贵的有效载荷。这样一来,重鹰二级火箭不可能再像同类那些再入大气层,而是成为最新一块太空垃圾而飞入高轨道墓地,默默守望蓝色星球。

Q:对于此次任务的目标轨道,为何有GEO、GSO不同报道?

A:GEO是Geostationary orbit缩写,即地球静止轨道,也称地球赤道同步轨道,是指地球赤道面上方约3.6万公里的圆形轨道,该轨道上航天器的运行方向和地球自转方向一致;GSO是Geosynchronous orbit的缩写,即地球同步轨道,属于以地球为中心的轨道,轨道周期与地球自转周期一致。事实上,GEO(地球静止轨道)是GSO(地球同步轨道)一个特例。

回到本次问题上,多数航天媒体报道USSF-44此次任务时,大都采用GEO(地球静止轨道)来描述目标轨道,说法更为精准。而SpaceX官网发布则采用了Geosynchronous orbit(GSO 地球同步轨道)说法,其实是为了有意模糊目标轨道,毕竟此次属于太空军机密任务,军方不希望披露更多信息。

Q:为啥重鹰上面级的外部涂装一圈灰色?

A:第四枚重鹰跟前三枚的确有所不同,外观最明显的变化就是二级火箭(上面级)煤油燃料舱的外部喷涂了一层灰色油漆,这有助于燃料舱吸收太阳光,确保RP-1火箭煤油不会冻结。毕竟二级火箭需要在寒冷孤寂的太空里滑行6个小时。

Q:之前传言「两枚侧翼火箭既定着陆于两艘海上平台上」,为何最终还是降落在陆上着陆区?

A:早在2021年,军方透露两枚侧翼火箭将着陆于海上平台(ASOG、JRTI),直至发射前SpaceX才披露侧翼火箭还是既定陆上着陆,与前三次发射任务一样,上演双箭降落在着陆区LZ-1、LZ-2。至于背后原因并未向外解释,但很可能跟载荷质量有关,目前已知此次任务载荷约为3.75吨,之前计划发射的载荷质量与数量显然要比最终版多出一筹,需要侧翼火箭燃烧更多时间、提供更高速度,以至于无法返航陆上着陆而只能海上着陆。

Q:本次发射费是多少?

A:本次发射任务最初代号为AFSPC-44,这是2019年美国空军采购的发射项目,当时采购价约为1.5亿美元;随后美国太空军组建,接管军方太空资产,发射任务代号更名为USSF-44。随着多次推迟发射,从最初计划2020年底发射,一直到今天,整个计划足足推迟了两年之久。各项费用随着一再延期而必然增加。目前尚且没有流出更为可靠的发射费用,至少不会低于1.5亿美元最初价码。

▲USSF-44任务徽章

Q:神秘载荷到底是什么?

A:依据多方可靠信源,此次部署任务包含8个载荷,全部直达地球静止轨道(GEO)。代号USSF-44任务很可能部署的是一颗军用通信卫星,属于机密载荷,尚无有效信息。其他载荷属于地球静止轨道运行的立方体卫星和小型卫星(LINUSS-A 1、LINUSS-A 2、TETRA-1),搭载于航天器上,这是由诺斯罗普·格鲁曼公司研制的ESPA(长时间持续推进器),最终部署。据悉载荷总质量约为1.92吨。

Q:重鹰复出江湖后还有哪些发射?

A:已知的发射清单共有10次,排期至2024年底。包括两次太空军任务(USSF-67、52);NASA 6次任务(Psyche普绪克/灵神星探测器、);商业通讯公司任务2次。具体见表如下▼

现役最强火箭履历

作为全球现役最强悍运载火箭——重型猎鹰火箭Falcon Heavy rocket堪称当今世界绝世无双的航天重器。

LEO近地轨道运力:63.8吨,相当于一架波音737客机重量。

GTO地球同步转移轨道运力:26.7吨,相当于一辆T-34坦克重量。

MTO火星转移轨道运力:16.8吨,相当于一辆满载的油罐车重量。

即使纵观航天发射史,重鹰也能跻身前四强,仅次于阿波罗登月使用的美国土星5号、苏联暴风雪航天飞机御用的能源号火箭、英雄气短的N1火箭(从未成功发射)。

按照成本核算,重鹰无疑是重型火箭队列中价格最低的,开发总成本5亿多美元。回收型发射价9000万美元,消耗型发射价1.5亿美元。

重鹰前三次发射履历——

①2018年2月6日:首飞(也是试飞),发射Roadster + Starman 特斯拉跑车/星人(HEO),搭载史上首款汽车飞行器,首度创造双箭同步着陆回收的创举。业界引爆,全球刷屏。

全球最强大火箭首发全纪录!高潮迭起,三度推迟,一箭飞天

②2019年4月11日:第二飞即商业首飞,为沙特阿拉伯卫星通信公司发射Arabsat 6A卫星(GTO),完美上演三箭全回收,两箭同步陆上着陆,一箭最远海上着陆。

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③2019年6月25日:第三飞,为美国空军发射STP-2演示任务(LEO/MEO)实现网捕船首次成功回收整流罩!一箭24星成功部署三个轨道,一举成就SpaceX最难发射任务。

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