马斯克的执念—闲聊初露狰狞的重型猎鹰火箭（上）
SpaceX的火箭就和这家公司一样，从来都是布满争议的，正所谓鲜花和鸡蛋同飞，掌声和骂声共鸣。上个月的铱星发射一切顺利，首批二代铱星已经升轨并开始工作，然而下一次发射却是一推再推，不过这回终于要见到曙光了，官方已经公布了下一次发射时间，静态点火也已经于昨日完成。
目标当地时间2月18日执行CRS-10国际空间站货运补给任务，这也是SpaceX租下LC-39A后的第一次发射
重型猎鹰再露真容，欲盖弥彰越描越黑
要说起SpaceX公司在2017年最受关注的一场大戏，估计就要数旗下跳票数年的重型猎鹰火箭的首飞了，该火箭高70米（约20层楼高），宽12.2米，起飞重量1420吨，一次性理论运力高达54吨（实际上做不到），如果首飞成功，该火箭将成为现役运力最强的运载火箭。该火箭从2013年开始年年都号称要首飞，结果年年推迟，设计改了又改，运力变了又变。终于，在大家兴致已经消磨殆尽的时候，一段不经意地视频却曝光了首飞箭实物。
LC-39A夜间发射重型猎鹰火箭的想象图
就在上周，有网友在位于加州霍索恩的SpaceX公司总部门口发现了被包裹起来正准备起运的重型猎鹰火箭的助推器实物，猜测可能是要送往德州测试场进行首飞前的各项测试，自上次官方曝光重型猎鹰火箭的级间段照片后，这枚27发并联的“怪物火箭”终于又掀开了其神秘面纱的一角！
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来自Facebook小组的一位网友在路过SpaceX总部门口时发现了这个被包裹着的助推器
有人肯定会问，这包的跟个粽子一样，你怎么认出来就是重型猎鹰的，还点名道姓是助推器？原因在于视频中可以这枚火箭的尾部明细那包裹了一个气动头锥，SpaceX公司旗下所有火箭中仅有重型猎鹰火箭的助推器才有头锥部件，因此才可以断定是助推器。不过由于头锥内一般没有载荷，有别于保护有效载荷的整流罩，再加上重型猎鹰火箭的助推级和芯级的上传力点都设置在头锥下部，也就是箭体上，与我国长征五号标志性的“前支点传力”的斜头锥有所不同。所以重型猎鹰头锥的主要作用就是减小气动阻力，结构和设计上相对要简单得多。
你藏的再好也架不住围观的吃瓜群众过多，又过了一天，厂门口带头锥的这枚助推器就被网友在前往德州测试场的路上拍个正着，再怎么掩饰也于事无补了，然而马某人还“强行解释”，真是越描越黑
当有网友拿出这张照片询问马斯克时，他回复到“我不知道是什么让你认为这是一枚火箭，他完全被防水帆布包裹着。”
网友的眼睛历来是雪亮的，你包的跟粽子一样我们就不知道里面是什么了么？“Too Young!”“Too Simple!”"Naive!"
回收设计一举两得，通用程度或创新高
但是比较尴尬的问题在于，SpaceX的德州测试场目前暂不具备有三枚火箭同时点火的设备，所以只能和以往的猎鹰9一样一个一个点火。待全部测试完成后，然后拉到位于肯尼迪航天中心的HIF中进行整合安装，27台发动机的整体点火测试一直要等到LC-39A发射前5天左右的静态点火试验为止才能进行。
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视频中就是位于德州测试场的试车台，这是当时一枚回收后的编号为024的芯级在进行重复的长程点火测试，用来探究猎鹰9火箭重复利用的极限，点火时长与实际发射一致。事实上这枚受损最为严重的芯级经过了10次长程点火后依旧完好（官方确认的是7次，有传言是10次已经做完）。这也为后续的SES-10重复发射任务提供了坚实的信心。
SpaceX本来承诺将于2017年中期于LC-39A发射台执行首飞任务，但是考虑到重型猎鹰的巨大技术难度和测试进度，德州测试场的任何问题都极有可能导致火箭返厂进行进一步修改，所以业界普遍对目前的发射时间谨慎乐观，搞不好就要推迟到年底。（先给你们打个预防针）
不严谨的来讲，重型猎鹰火箭的设计上与ULA的重型德尔塔4（简称D4H）存在诸多相似之处，尤其是这个标志性的助推器正头锥设计和芯级节流方案，D4H芯级在全推力起飞40秒后就将节流至55%，直至助推器分离后才重新恢复满推力
其实这枚曝光的助推器还有一个十分值得注意的事情，本号之前文章中曾提及到重型猎鹰首飞箭中的一枚助推器将由Thaicom-8任务后回收的猎鹰9火箭一级改装而来，也就是一枚二手助推器。也就是常说的“芯级变助推”思路（Common Booster Core，常被简称为CBC设计），这样芯级和助推器可以最大限度通用各种部件，从而缩减生产线，简化设计，甚至降低成本。前文提及的重型德尔塔4和俄罗斯的安加拉A5都采用这种设计思路。只不过这两种火箭并不能回收，没法把回收芯级改成助推，而是在芯级基础上“派生”助推，最大限度共用生产设备和零部件。除此之外也有一类运载火箭，采用通用化或是系列化的思路，也是意图在各种构型之间尽可能的共用一些模块，减少生产线压力。比如海射公司的“天顶”火箭其实就派生自前苏联“能源”火箭的助推器，而我国长征五号安装了两台YF-100的助推器也与长征七号的芯级有着千丝万缕的联系。
俄罗斯人只留住了天顶，但没有留住能源，更没有留住暴风雪，这是何等令人心碎的一件事情
2007年1月30日，“天顶3SL”火箭在奥德赛海射平台发射时意外爆炸
但是再通用也是有极限的，总有一些是芯级和助推各具特色的地方，需要专门安装和设计。除了上文说到的头锥之外，另一方面就是需要追加侧向分离和连接机构，无论是采用火工品炸开也好，采用冷分离推开也罢，总之从芯级变助推的过程中分离机构你是跑不了的。
2013年北京强度所实施的长五助推器分离试验，你可以看作是用火工品在推开一个长七芯级，而重型猎鹰因为要回收助推，显然只能换成冷分离方式
说到冷分离，这恰巧是现有猎鹰9火箭的长项，尤其是回收中为了控制火箭姿态而设置在箭体上部的氮气喷射装置，该装置在重型猎鹰上一举两得的充当了传统火箭侧向分离中的火工品的角色。笔者猜测这种“无心插柳柳成荫”的设计正好简化了重型猎鹰的分离结构，当然这目前只是猜测，还需要实际发射的验证。
当然，除了大幅度的通用化之外，也有一些结构是必须替换掉的，比如箭体下部的OctaWeb承力结构。
图中发动机间的灰色辐射状结构就是OctaWeb，上有四个吊耳延伸至箭体侧面，火箭的牵制释放装置就连接在吊耳上，它既是火箭的承力结构，同时也是防止梅林发动机发生连环爆炸所设置的防爆隔间
众所周知猎鹰9和重型猎鹰都采用了典型的牵制释放装置，而这种装置也是猎鹰9能够进行静态点火（也称系留点火）的必要条件，因为点火后火箭推重比一旦大于1火箭就离架了，所以必须有装置“拽”住火箭。目前世界现役的运载火箭中，仅有猎鹰9和安塔瑞斯火箭设计有静态点火环节。而相对于实际发射来讲，打个未必恰当的比喻，如果说长征五号最终合练是除了点火之外什么都做了，那么猎鹰9号的静态点火可以说是除了拽住火箭没让跑之外什么都做了。
图中红圈处就是牵制释放装置的连接处，一个吊耳，由于液体火箭是一个巨大的薄壁筒体，只有上少有地方的能够充分受力，就像易拉罐只有顶部和底部才耐压是一个道理
而这里也正是着陆腿的支撑点，在箭体上一共有四个，发射时分别由四个牵制释放装置连接着（红圈处为吊耳）
发射时的牵制释放装置，红圈处为其中两个
牵制释放装置的做动图，感谢铅笔供图
话说回来，既然弄清楚了OctaWeb做为火箭的主受力结构，那么助推和芯级的连接点如无意外自然也应该设置在这里，同时芯级的OctaWeb也必须要适应性的做出补强和重新设计（这也是SpaceX官方承认的），才能适应重型猎鹰起飞时的巨大推力。而这里也是重型猎鹰非通用化的主要部分，在更换完这些结构后，“芯级变助推”的工作很可能就已经完成了大半，如此看来，猎鹰9和重型猎鹰的助推器间的通用性或许比我们想象中要高不少。
SpaceX官方图片中的箭体底部连接结构，基本都是连接在OctaWeb上
（未完待续）
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