現(xiàn)役最大火箭三箭回收

龐之浩

27臺(tái)推力均為67 噸的“梅林”1D發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火，蔚為壯觀。

2019年4月12日，美國太空探索技術(shù)公司的“獵鷹重型”圓滿完成首次商業(yè)發(fā)射。不僅把發(fā)射質(zhì)量高達(dá)6.46噸的阿拉伯-6A通信衛(wèi)星送入了太空，而且第一次實(shí)現(xiàn)了同時(shí)回收火箭的芯一級(jí)和所捆綁的兩枚助推器，場(chǎng)面，略科幻。不過，還是有一些遺憾：一是“史蒂文先生”整流罩回收船仍沒有成功回收價(jià)值600萬美元的整流罩，需要從海里撈起晾干、修理再次使用，這樣可以減少生產(chǎn)整流罩的時(shí)間;二是其芯一級(jí)在海上平臺(tái)成功著陸后，卻因海良太大，且沒固定好而傾倒，據(jù)悉發(fā)動(dòng)機(jī)需修理后才可再次使用。

“獵鷹重型”火箭近地軌道運(yùn)載能力達(dá)63噸，意味可以將一架波音737發(fā)射至近地軌道，是現(xiàn)役運(yùn)載火箭中運(yùn)載能力最大的。如今，超20噸的近地運(yùn)載就屬難得，也有不嚴(yán)格的劃分將超20噸歸為重型火箭范疇。我國目前最大的火箭“長(zhǎng)征”5號(hào)近地軌道可運(yùn)載25噸，與63噸還有相當(dāng)一段距離。當(dāng)然，與已退役的“土星”5和“能源號(hào)”近地軌道運(yùn)載100噸左右的能力相比，現(xiàn)役的重型們都黯然失色。但沒有載人登月飛船或航天飛機(jī)等超大型航天器的發(fā)射任務(wù)，如今再大的火箭也是“英雄無用武之地”。

運(yùn)力之大，得益于馬斯克加法和乘法學(xué)得好。“獵鷹重型”就是在美國太空探索技術(shù)公司目前已大量成功發(fā)射的“獵鷹”9火箭基礎(chǔ)上，在芯一級(jí)捆綁了兩枚大型助推器，而這兩枚大型助推器其實(shí)就是與芯一級(jí)一模一樣的火箭，即“獵鷹重型”的第一級(jí)是由3枚相同的火箭并聯(lián)而成的，每枚上面裝有9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)射時(shí)共有27 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火。

眾人拾柴火焰高的思路，蘇聯(lián)人也用過。為了與美國靜載^登月而研制的N1，—級(jí)有30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。但其連續(xù)4次發(fā)射失敗，其中—個(gè)重要原因是30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火產(chǎn)生的巨大高頻震動(dòng);另外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)太多，所以也容易出現(xiàn)“縱向耦合振動(dòng)”等問題。“獵鷹重型”與N1火箭的不同之處是27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)平均裝在芯一級(jí)和兩個(gè)助推器3個(gè)火箭上，所以發(fā)射時(shí)最大的風(fēng)險(xiǎn)由30個(gè)之間的相互作用，變成了3個(gè)之間的相互作用。為了使助推器與芯—級(jí)可靠連接，在助推器上分別加裝了鼻錐和前、后安裝點(diǎn)和冷分離機(jī)構(gòu)，即在芯一級(jí)貯箱底部和頂部同芯一級(jí)火箭連接和和分離。為了承受發(fā)射的額外應(yīng)力，重新設(shè)計(jì)了芯一級(jí)的結(jié)構(gòu)，增加了它的強(qiáng)度。

還有一個(gè)指標(biāo)是“獵鷹重型”更加引以為傲的，那就是價(jià)格。重復(fù)使用第一級(jí)火箭的發(fā)射價(jià)格為9000萬美元，一次性使用第一級(jí)火箭的發(fā)射價(jià)格為1.5億美元。相比之下，美國航空航天局使用的近地軌道運(yùn)載能力不到30噸的“德爾他”4H火箭發(fā)射成本高達(dá)3.36億美元。如此低的成本得益于其科幻般的可回收。其芯一級(jí)和兩個(gè)助推器能夠回收與重復(fù)使用，即全箭其28臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，除第二級(jí)使用的1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不能回收與重復(fù)使用外，其余27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都可以回收與復(fù)用，復(fù)用的比例高達(dá)96.42%，這能大大降低火箭的發(fā)射成本。當(dāng)然，選擇回收第一級(jí)和兩個(gè)助推器時(shí)，“獵鷹重型”的近地軌道載荷能力降為30噸。不管怎么說，這枚目前世界現(xiàn)役運(yùn)載能力最大的火箭，同時(shí)還是史上最經(jīng)濟(jì)的“通天塔”。這兩個(gè)身份，融合得如此和諧，細(xì)思，深感佩眼。

“獵鷹重型”的下一次發(fā)射是在今年6月，執(zhí)行美國空軍空間試驗(yàn)計(jì)劃-2任務(wù)，一箭23星，部署在3個(gè)獨(dú)立軌上道，總?cè)蝿?wù)超過6小時(shí)，被譽(yù)為太空探索技術(shù)公司史上最具挑戰(zhàn)性的四次發(fā)射之一。因?yàn)橐貜?fù)使用這次回收的助推器，所以它將是首枚正式復(fù)用型“獵鷹重型”。