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SpaceX低调实施了一项秘密试验,未来将挑战ULA垄断霸权

2016-08-17 Flying_Pencil 航天爱好者

众所周知,对于目前常规同步轨道卫星的发射任务,运载火箭会首先将卫星发射至一个椭圆形的转移轨道(GTO)中,然后由卫星自身动力变轨来逐渐定点至地球静止轨道(GSO)上。虽然这种发射方式变轨时间长,而且需要卫星携带大量燃料来变轨,但是发射卫星上天也要讲成本呐,费点时间,多点燃料是多大事?这种折衷的方式方案显然是大大降低了任务对火箭整体运载能力和上面级性能的要求从而大大降低了火箭的发射成本,进而被各国商业发射普遍采用。

普通的GTO发射任务中上面级火箭只进行12次点火将卫星送入一个大椭圆转移轨道中便结束

 

但是某些巨型同步轨道卫星可吃不了这个自身动力变轨的苦头。其携带的大型太阳帆版和巨型天线很容易在动力变轨过程中损坏。有人说,那没到位置不展开不就行了嘛。这显然,越巨型的天线展开和收缩对温控的要求是越高的,而在长达数日乃至数星期数月的变轨过程中,宇宙空间显然无法给你提供合适的温控,变轨需要越快越好。而电力供应又是卫星变轨和运行测试的关键,星上所带电池是根本无法坚持这么久的,所以太阳帆版需要及早展开供电。对于某些太阳帆版,可以采用“二次展开”技术先部分展开,再全面展开来折衷变轨过程中对大型太阳帆版的影响。可是这个技术也是相当有难度的,中国航天科技集团至今没有成功实施过。

 

传说中拥有150米巨型天线的绝密间谍卫星Mentor

 

发射时将卫星直送至地球同步轨道(GEO)的好处是显而易见的,但是如上文所提,这个难度也是相当大的。首先,你的运载火箭运载能力要大,像印度的那些大块头小力气的火箭是远不能直送GEO的。其次,你的火箭上面级性能要足够优秀:上面级发动机要有三次点火能力,火箭导航控制设备(GNC)要足够抗辐射,电池容量足够大,推进剂的长时间蒸发热控系统要足够好。三次以上的点火能力需要真空发动机拥有性能优秀的多次启动涡轮,足够的液体点火药和鲁棒的推进剂沉底的姿控引擎(RCS)。早期的半人马座上面级多次败在沉底引擎的失控上,而中国的YF73也曾遭遇过上面级引擎的二次启动失败。对于低温上面级来说,推进剂蒸发热控的难度显得格外的大。火箭上面级在宇宙空间中滑行时,太阳直射的那一面温度高达几百摄氏度,对于零下几百摄氏度的低温推进剂的蒸发管理来说,无异于灭顶之灾。

 

上面级需要进行3次点火来将卫星直接送入GEO轨道

 

正因为难度巨大,所以该技术长期被国际上的几大巨头所垄断,分别是波音的Delta IV/DCSS,洛马的Atlas V/Centaur,能源的Proton/DM-03和三菱重工的H2A。

 

性能逆天的Centaur上面级火箭

 

昨天,当SpaceX的JCsat-16任务的NORAD发射轨根数据(2016-050A(卫星) 187 x 35930 20.849°/ 2016-050B(火箭上面级) 73 x 34407 20.915°)出来以后,我一下就震精了。可以很明显的看出上面级比卫星轨道的近地点低了不少。这么明显的差距(需要上面级引擎在长距离滑行段后的偏远地点进行第三次点火来提供的12m/s速度变轨得到),显然不是上面级自然衰减得到,也不会是平常的上面级离轨操作。因为离轨操作往往发生在地轨道(LEO)的发射任务中(低轨太空垃圾对人类的太空活动影响更大),而高轨的发射受制于上面级点火能力和剩余推进剂的不足而往往不进行离轨操作。所以,这一系列的点火操作流程更像是一次技术验证——SpaceX对于GEO直送能力的首次测试。

 

3天前SpaceX的JCsat16任务



很多人只是注意到了“平淡无奇”的再次回首成功,殊不知大气层外却“暗藏杀机”

 

一直有传言说明年第一季度的Falcon Heavy的首射将放弃携带付费载荷的念头,而改为一次纯技术验证发射。除去壮观的三芯级同步着陆试验外,可能的直送GEO演示也将是一次技术上的重大突破。意味着神秘的巨型NRO载荷将不再是SpaceX的身外之物,第一次,SpaceX将可以和垄断巨头ULA平起平坐。


未来Falcon Heavy的发射,将直接威胁到Delta IV Heavy的市场垄断地位

 

最后,恭喜SpaceX进一步压榨了F9的二级性能,祝早日干翻ULA。



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