世界第二强的重型猎鹰火箭再次发荷,直送载荷到同步轨道

身轻如雁 2023-01-16 11:14:50

美国当地时间周日傍晚,北京时间周一清晨,伴随着27台发动机一起点火的怒吼,马斯克的重型猎鹰火箭再次发射。重型猎鹰火箭的一级以及两个助推器,发射时候产生2326吨的推力,这让它稳稳坐在世界火箭起飞推力的第二把交椅上,而这个第一的位置,才在去年12月份被NASA的登月火箭SLS抢走。

猎鹰9号火箭是spaceX的主力火箭,它的一级有9台梅林火箭发动机。重型猎鹰火箭则简单粗暴,把三个猎鹰9号火箭的一级并联在一起,变成了一款重型火箭。1月16日,北京时间6:56分,猎鹰9号火箭在卡纳维拉尔角的LC-39A发射台,进行了重型猎鹰火箭今年的第一次发射。发射任务是USSF-67,一看名字就知道这是美国军方的保密任务。此次任务基本上跟去年发射的USSF-44任务类似,连使用的两枚助推器都一样。上次,也就是75天之前,B1064 和B1065两个助推器进行了陆地回收,这一次也是一样,两个同样的助推器在空中分离,转向卡角,然后飞回到发射台附近的陆地回收场。在空中对准陆地回收场的圆心后,这两枚火箭点燃了中心的一台梅林发动机,进行了落地前的减速,然后打开支撑腿,稳稳的落在地面。重型猎鹰火箭的助推器肩并肩着陆,无疑是航天历史上最具有科幻性的一幕。科技给了我们无限可能,但是去实现这种可能,从来都不是简简单单的事情。目前世界上还没有其他公司实现火箭的一级回收,说明这种技术看起来简单,但是并没有那么容易玩的转。

由于火箭是在日落后不久发射的,因此火箭很快就飞到了晨昏线以上,飞到了阳光可以照耀的地方。这样火箭喷出来的废气,就形成了漂亮的“水母云”。助推器分离后的点火,形成了更加特别的景观,因此火箭发射也成为了当地居民的一种休闲娱乐。更加特别的,其实还是此次任务的载荷。

助推器着陆后,应军方要求,spaceX关闭了火箭发射的直播,因为它的直播里面会实时显示火箭的高度速度位置等信息,军方要求保密。不过此次任务的最终轨道是35800公里地球同步轨道,因此重型猎鹰火箭的一级榨干了最后一分运力,没有回收,与二级分离后直接掉入海中。火箭的整流罩计划‬在‬距离发射地点1496 公里外的海里进行回收。

火箭的二级把两个载荷直接送入同步轨道。此次发射的载荷保密,但是航天网站普遍认为,两个载荷是CBAS-2 同步轨道数据中继卫星,还有一个就是LDPE-3A,LDPE(Long Duration Propulsive EELV),也就是长寿命可变轨附属载荷搭载平台。它其实就是个太空拖车,据推测,LDPE平台干重在430~470kg左右,可加载310kg左右的燃料。它有6个对接口,每个接口承载质量为320kg,总承载载荷质量为1920kg左右。它还可以为载荷供电,最大供电功率1200W左右。LDPE平台有很强的轨道机动能力,总变轨的速度增量为300m/s左右。它可以携带这些载荷在同步轨道活动,进行实验,还可以通过变轨,把载荷释放到同步轨道上的不同位置。

此次发射任务的载荷重量未知,但是普遍推断为3.75吨到4.75吨之间,载荷重量看起来不大,但是这是直送同步轨道的任务,重型猎鹰火箭的一级不回收,就是为了给二级足够的速度,让二级用携带的有限燃料,把载荷直接送到同步轨道。按照一般的规律,一级分离后,二级会进行第一次点火,把载荷送到300公里高度的初始停泊轨道。滑行一段时间后,进行第二次点火,抬升轨道的远地点高度,把载荷送入一个近地点300公里,远地点35800的大椭圆轨道,也就是所谓的同步转移轨道。一般的同步轨道卫星发射,二级的任务就到此了。二级会与载荷分离。而卫星需要点燃自己的发动机,一步步爬升到35800公里的同步轨道上去。不过直送同步轨道就不一样了,进入同步转移轨道后,二级火箭需要在轨道上滑行将近五个小时,直到飞抵同步转移轨道的远地点,也就是距离地球35800公里的位置。在此期间,二级火箭要穿越地球外部的辐射带,并保持准确的控制。同时还需要维持二级火箭储箱的压力,一方面要防止内部的煤油燃料在太空中冻结,另一方面还要防止内部携带的液氧沸腾蒸发。这两个看似矛盾的要求也是来自太空环境的特殊性。二级火箭在被太阳照射的一面温度高到让液氧沸腾,但是背对太阳的一面会低到让煤油冻结。

到达远地点之后,二级火箭会进行一次点火,提升轨道的远地点,也就是所谓的轨道圆化,使得它的轨道距离地面高度都是35800公里左右。这就是地球同步轨道,在这个轨道上,卫星和其他载荷的轨道周期与地球自转周期一样,都是24小时,在地面看来卫星就在天球上的一个固定地点。但是这个轨道资源是有限的。按照国际惯例,每个国家的卫星使用完毕后,都要及时让出这个轨道资源。二级火箭也不例外。因此把载荷送入同步轨道之后,二级火箭将进行最后一次点火,把它自己送入比同步轨道还高的墓地轨道,从此在那里完成自己的使命。

因为墓地轨道有大量的报废同步轨道卫星存在,因此美国军方也曾经对此很感兴趣。2021年发射的LDPE-1,就曾经爬升到比同步轨道高300公里的墓地轨道。而美国军方的LDPE-1爬升到这里,就不知道干什么勾当了。要么是企图查看‬别‬的‬国家‬的‬报废‬卫星‬,要么‬就是‬拿失效卫星测试太空捕获技术,要么是借助大型失效卫星掩护,释放一些小的载荷,在那边做一些扩展任务。这简直就是同步轨道的幽灵。

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身轻如雁

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