现役最强丨猎鹰重型运载火箭

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是什么重型运载火箭？

美国国家航空航天局（NASA）将其定义为“一种有效载荷较大的火箭”，是目前最强大的一种火箭[1]。

史上最负盛名的重型运载火箭当属NASA在阿波罗计划和天空实验室计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭——土星五号（Saturn V）。

土星五号在1967—1973年间共发射13次，且全部成功，其中包括运送阿波罗11号（Apollo 11）完成人类史上的首次登月任务。土星五号于1973年5月完成最后一次发射任务后退役。

☝  阿波罗11号飞船搭载土星五号完成人类史上首次登月

图片来源：NASA

1.

现役最强者

目前，被誉为“现役最强”重型运载火箭的则是猎鹰重型运载火箭（Falcon Heavy），它由美国太空探索技术公司（SpaceX）于2018年2月6日首次试射成功。

☝2018年2月6日，猎鹰重型运载火箭首次试飞成功

图片来源：SpaceX

猎鹰重型运载火箭高70m，宽12.2m，总重为1420.788t，设计为两级火箭[2]。

第一级包括三个芯级助推器（边侧两个、中央一个）和27个梅林发动机。海平面上推力为22819kN，真空中推力达24681kN。第二级包括一台真空梅林发动机，其真空中推力达934kN [2]。

☝  第一级三个芯级助推器和27个梅林发动机布局示意图[2]

图片来源：SpaceX

其近地轨道（LEO）运载能力为63.8t，地球同步轨道（GTO）运载能力为26.7t，火星轨道运载能力为16.8t，冥王星轨道运载能力为3.5t [2]。

☝ 猎鹰重型运载火箭近地轨道运载能力对比[3]

图片来源：SpaceX

虽然猎鹰重型的近地轨道运载能力还不及土星五号的一半，但在现役重型运载火箭中，其运载能力仍为最强。发射成本上，猎鹰重型也远低于土星五号：前者最高估值为9000万美元，后者保守估计为11.6亿美元（考虑了通货膨胀率）[3]。

2.

服役亮点

美国当地时间2019年4月11日傍晚，伴随一声怒吼，猎鹰重型运载火箭在位于美国东部佛罗里达州东海岸的肯尼迪航天中心升空。

数分钟后，其两个边侧芯级助推器返回地球，并按计划降落在发射场附近的着陆垫上。稍后，其中央芯级助推器降落于大西洋上SpaceX的一艘无人驾驶船上。

☝  猎鹰重型运载火箭三个一级助推器成功回收

这是猎鹰重型运载火箭首次商业发射，也史无前例地实现了火箭所有三个芯级助推器的成功回收。虽然在无人驾驶船返程途中其中央芯级助推器因海浪太大而意外坠海。

此次商业发射成功将沙特阿拉伯卫星公司的一颗重达6465kg的通信卫星Arabsat-6A送至地球同步轨道，同时也展现了部分组件回收这一卖点。

美国当地时间2019年6月25日凌晨，猎鹰重型运载火箭在肯尼迪航天中心第三次升空。这是猎鹰重型运载火箭首次夜间发射，也是有史以来第一次使用“二手”助推器进行发射。

此次任务重点是一次性将24颗卫星送入3个不同轨道，这就需要其二级助推器4次点火[5]。

☝  官方模拟动画：猎鹰重型运载火箭一次性将24颗卫星送入3个不同轨道

虽然在此次发射过程中，中央芯级助推器依然回收失败，但却成功完成了24颗卫星的部署任务并首次实现了价值600万美元的整流罩的回收，具有重要的战略意义和商业价值。

3.

“重型”的最新进展

2019年8月27日，SpaceX新一代星际飞船（Starship）的原型——星虫（Starhopper）在美国德克萨斯州南部第二次升空，并创造了悬浮150m的记录，同时这也将是星虫的最后一次试飞。

8月24日马斯克曾在其推特表示，“这将是星虫的最后一次飞行。如果一切顺利的话，它将被用于“猛禽”（Raptor）发动机的垂直测试平台。”[6]

星虫作为星际飞船的早期测试原型，其成功试飞将为星际飞船和负责发射飞船的超重（Super Heavy）火箭的设计与制造铺平道路。

4.

舆论

美国国家工程院（NAE）执行官小奥尔顿·罗米格（Alton Romig, Jr.）认为，实现（部分组件的）回收利用是有代价的。因为要想让助推器返回地球，就势必要保存额外的燃料，这会在一定程度上削减火箭的推力和运载能力。“必须在回收利用以节约成本和有效载荷之间做出权衡。”

同时，小罗米格也认为，像SpaceX这样的企业在火箭发射市场所占的份额越来越大，这是一个积极的进展，因为这将有利于降低发射成本。从长远来看，让私营企业承担向近地轨道运送物资的成本将比政府资助的更便宜。

尽管SpaceX的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）最初提议使用猎鹰重型运载火箭搭载宇航员绕月飞行，但与将物资送入轨道相比，猎鹰重型火箭是否能为人类航天做出更多贡献还是个未知数。

航天研究和咨询机构Astralytical的创始人劳拉·福尔切齐克（Laura Forczyk）认为，它还没有为宇航员配备相关设备，因此不具备将宇航员运送到国际空间站或NASA计划进入的月球轨道入口的能力。

尽管如此，鉴于德尔塔四号（Delta IV）重型运载火箭即将退役，其他潜在的竞争者，如蓝色起源（Blue Origin）的新格伦（New Glenn）火箭和中国的长征九号（Long March 9）运载火箭还处于研发阶段，“猎鹰重型运载火箭的最大竞争者还是来自SpaceX自身。该公司正在开发一种更大的两级火箭原型——星际飞船和超重火箭，很可能在未来取代猎鹰重型”，福尔切齐克说。

✎改编丨张楠

☟参考资料：

[1] What is a heavy lift launch vehicle? 2014 Aug 27. Available from: https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-heavy-lift-launch-vehicle-58.html.

[2] Falcon Heavy. Available from: https://www.spacex.com/falcon-heavy.

[3] Szondy D. Falcon Heavy vs. the classic Saturn V. 2018 Jan 24. Available from: https://newatlas.com/falcon-heavy-saturn-v/53090/.

[4] Wall M. SpaceX’s center core booster for Falcon Heavy Rocket is lost at sea. 2019 Apr 15. Available from: https://www.space.com/spacex-loses-falcon-heavy-core-booster-at-sea.html.

[5] Bartels M. SpaceX Falcon Heavy Rocket lofts 24 satellites in 1st night launch. 2019 Jun 25. Available from: https://www.space.com/spacex-falcon-heavy-stp2-launch-success.html.

[6] Wall M. SpaceX Starhopper rocket prototype aces highest (and final) test flight. 2019 Aug 27. Available from: https://www.space.com/spacex-starhopper-aces-final-test-launch-landing.html.

☟ 改编原文

Mitch Leslie. The world’s most powerful rocket[J].Engineering,2019,5(5).

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