九年,“獵鷹9號”的崛起

“在這裡,我待在船艙裡,遠在世界之上……雖然穿越數萬英里,但我此刻非常平靜。”--《太空怪人》

九年,“獵鷹9號”的崛起

■“獵鷹9號”首次發射 圖:SpaceX

九年前,也就是2010年6月4日,SpaceX的“獵鷹9號”火箭首次發射成功,屢次挫折、屢次雄起的SpaceX就此迎來轉機。

讓我們再看一遍“獵鷹9號”驚人的崛起速度:

2010年6月4日,獵鷹9號完成首次發射。

2012年5月25日,“獵鷹9號”運送的“龍”太空艙(龍飛船)停靠在國際空間站。

2015年12月21日,獵鷹9號的助推火箭成功返回地球,在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地的發射坪著陸,“可重用性”成為現實。

2016年4月9日,獵鷹9號在海上著陸,“我依然愛你”的海上平臺終於接到了最愛的訪客。

2017年3月30日,獵鷹9號成功將衛星送入軌道,成為繼航天飛機之後又一個重複使用的運載工具。

2018年2月6日,SpaceX成功發射獵鷹重型火箭。這是全世界目前最強大的運載火箭,兩個助推器(實質就是一枚“獵鷹9號”一級火箭)同時在發射場著陸的畫面堪稱科幻成真。

2018年5月12日,獵鷹9號最新的“Block 5”版本迎來首飛,SpaceX進入火箭快速複用新時代。

2019年3月3日,獵鷹9號推送的載人龍飛船與國際空間站成功對接。

源起

“獵鷹9號”來源於“獵鷹1號”。是的, “獵鷹1號”之後就是“獵鷹9號”,沒有中間的2-8號。因為SpaceX用這個數字代表一級火箭的發動機數量。所以“獵鷹”這個大類嚴格來說只有兩款分類:一臺發動機的叫“獵鷹1號”,九臺發動機的叫“獵鷹9號”。

“獵鷹9號”最初上馬是單純的NASA合同要求——給空間站運送貨物。獵鷹1號的近地軌道能力只有670公斤,遠遠不能滿足空間站貨運要求。因此,任務載荷決定了“獵鷹9號”必須是一款中型運載火箭。

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■ 初代“獵鷹9號”一級9臺發動機 圖:SpaceX

首次成功的“獵鷹9號”是最早版本,屬於二級火箭。其中第一級有9臺梅林1C火箭發動機;第二級則只有一臺真空版梅林1C火箭發動機。這款發動機在“獵鷹1號”第一次成功發射過程中也立下了汗馬功勞,但相對於空間站的貨運要求,這款發動機能力還是太弱,只能繼續堆數量。於是獵鷹9號應運而生。

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■梅林發動機 圖:SpaceX

初版的“獵鷹9號”火箭全長53米,直徑3.66米,起飛推力3807千牛(初期推力比較低),起飛重量288噸,近地軌道有效載荷(LEO)8.5~9噸,發射價則只有4900~5600萬美元。

2010年6月4日~2013年3月1日,這款初版“獵鷹9號”共計發射5次,3次為滿足NASA要求的演示飛行,兩次為龍飛船的國際空間站補給任務。

即使是如此早期的版本,SpaceX都從設計上考慮了“可重複使用”這個概念,當時限於任務載荷,設想讓一級箭體利用自身攜帶的降落傘緩慢落入水中,然後回收火箭一級。只可惜箭體和降落傘再入大氣層時都被摧毀,回收到的只是火箭殘片,累計5次發射從未回收成功。

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■初代“獵鷹9號“內部圖,可以看到3個降落傘包


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■降落傘打開帶著龍飛船緩緩濺落太平洋

直到2015年12月,“獵鷹9號”的第20飛,火箭第一級終於在卡納維拉爾角空軍基地成功著陸,實現了火箭陸上回收。在第23飛,才第一次實現了海上回收。當然,此時的回收方案已經變成了動力反推實現垂直下降。

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初版的“獵鷹9號”給SpaceX帶來了NASA的資助,也帶來了日後迭代發展的基礎。在合同初期階段完成後,SpaceX就繼續升級自己的火箭、測試新設計、提升性能、考慮回收,進而為商業載荷服務了,於是才出現了後續“獵鷹9號”版本。

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■最開始的9臺發動機是3×3排列(左),後期才改成了環形排列(右)

崛起

在幾次著陸嘗試後,SpaceX更新設計圖,自身迭代發展能力的快速提升,加上軍方載荷與同步轉移軌道載荷的需求給火箭帶來了更多設計修正,SpaceX互聯網思維、扁平架構的管理模式開始顯出威力。終於來到了第二版“獵鷹9號”,共計24次嘗試回收一級火箭,22次安全回收。直到此時,“可重複使用”這一概念才不再是“業界笑柄”,真正建立到了航天工程實際基礎上,SpaceX也一躍成為商業航天火箭市場的“扛把子”。

其實第二版“獵鷹9號”理論上覆用火箭一級可使用2~3次,實際使用2次,從未嘗試3次;但接下來NASA載人的合同,要求SpaceX必須定型火箭設計,並且最後的升級也包括提升安全性、複用可靠性與性能的終極提升,“獵鷹9號”終於進化成現在的完全體——“獵鷹9號”Block 5型。

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■Block 5型發射

當前的終版“獵鷹9號”高度達到70米,發動機為梅林1D型,近地軌道最大載荷已經達到22.8噸,地球同步轉移軌道能力達到8.3噸,並且繼續提高單個箭體的複用次數,號稱“小修飛十次、大修飛一百次”;繼續縮短了翻修時間並降低翻修成本(官方稱可實現24小時內重新升空);結構繼續優化設計,著陸腿也由原來的白色改成黑色,並具有重複展收能力,不必人工拆除;提高安全性以用於載人發射。

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■終版獵鷹第一發

“扛把子”

商業航天的最大意義是代表了經濟性。“獵鷹9”火箭的近地軌道發射報價約為6000萬美元,相當於每公斤近地軌道載荷花費2600多美元。在這一低成本基礎上,如果能回收“獵鷹9”火箭第一級並重復使用,還可使該火箭的成本再降低70%。最新的獵鷹9號“Block 5”版本能夠實現10次複用,一級回收儼然已成“標配”,全新火箭標準報價6200萬美元,二手還可以打折,況且整流罩回收也不止一次,經濟效益可見一斑。

9年時間轉眼過去。現在回頭看,“獵鷹9號”9年前的首飛,不僅僅是SpaceX公司火箭業務的里程碑事件,也是SpaceX給世界其他航天大國/巨頭佈置了一次課後作業——是臨淵羨魚?還是迎頭趕上?計劃航天之外,SpaceX用市場化運營給世界打開了一扇新的航天大門。

大量採購商用成型的、市場化的、最新的元器件作為部件基礎,“互聯網思維+扁平化架構”典型管理基礎,加上快速迭代、精幹高效的研發基礎,輔之以NASA的精心培養、全力支持,造就了SpaceX在商業航天火箭市場的頭等地位。毫不誇張地說,“獵鷹9號”正在逼近人類現有材料、結構、火箭設計的極限,顛覆了國際航天發射市場格局,“經濟性”成為火箭乃至整個航天市場的關鍵詞之一。

“9”在中國文化裡是一個有特殊含義的數字,代表“多”,代表“極限”,也代表“終極”。戰功卓著的“獵鷹9號”還能繼續披荊斬棘、引領火箭發展嗎?拭目以待。

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■等待發射的“獵鷹9號”

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