獵鷹9 十年，從蹣跚學步到振翅高飛

文/ 郭筱曦

獵鷹9 v1.0 火箭在2010年6月4日完成了首飛

2020年5月31日，太空探索技術(shù)公司（SpaceX）獵鷹9 火箭以一次完美的發(fā)射提前慶祝自己的10 歲生日。這次發(fā)射也是太空探索技術(shù)公司，以及美國宇航局、美國公眾甚至是全球航天愛好者期待已久的——一枚嶄新的獵鷹9 火箭從肯尼迪航天中心39A 發(fā)射臺呼嘯而起，在航天飛機時代結(jié)束后第一次從美國本土將載有美國航天員的美國航天器送上太空。

10年前的2010年的6月4日，首枚獵鷹9 火箭從美國卡納維拉爾角空軍基地SLC-40 發(fā)射臺起飛，當時人們或許無法想象它今天所取得的成就——成為人類航天史上首個成熟實現(xiàn)回收并復用的火箭型號；10年間（截至今年6月底）88 次發(fā)射87 次完全成功，成功率達到驚人的98.9%，為美國政府、科學界和眾多商業(yè)實體發(fā)射數(shù)百個有效載荷。

國際空間站貨運成就“獵鷹9”

“獵鷹9”的第一次迭代型被稱為v1.0，在2010年6月 到2013年3月間發(fā)射了5 次。美國宇航局在2008年12月選擇太空探索技術(shù)公司作為國際空間站的兩家“商業(yè)補給服務(wù)”（CRS）供應商之一，對其發(fā)展起到了實質(zhì)性的幫助作用。

由于“獵鷹9”系統(tǒng)的復雜性和從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射的監(jiān)管要求，太空探索技術(shù)公司希望在2008 ～2009年時間框架內(nèi)進行首次發(fā)射，但最終未能實現(xiàn)。在此期間，太空探索技術(shù)公司團隊一直在測試發(fā)動機，2010年初完成了第一級和第二級的梅林-1C發(fā)動機的全程點火測試工作。

美國東部時間2010年6月4日下午1點30分，獵鷹9火箭首次嘗試發(fā)射，但由于第一級發(fā)動機的一個傳感器溢出錯誤而中止。隨后倒計時重新開始，火箭從卡納維拉爾角SLC-40 發(fā)射臺升空。

太空探索技術(shù)公司于2010年12月在COTS-1 驗證任務(wù)中首次發(fā)射了龍飛船

2018年6月，獵鷹9 火箭在黎明微光中發(fā)射龍飛船CRS-15 任務(wù)

SLC-40 發(fā)射臺在2007年由美國空軍租給太空探索技術(shù)公司。獵鷹9 v1.0 火箭采用9 臺梅林-1C 發(fā)動機提供503000 千克推力，這些發(fā)動機在第一級底部被布置成方形3×3 結(jié)構(gòu)。

盡管在升空后不久出現(xiàn)了輕微的“滾動”，但攜帶了貨運龍飛船“樣板”模型的這枚“獵鷹9”并無大礙。“龍”飛船在軌道上停留了3 周，然后于6月下旬再入大氣層。同年12月，根據(jù)太空探索技術(shù)公司與美國宇航局簽訂的“商業(yè)軌道運輸服務(wù)”（COTS）合同，“獵鷹9”再次發(fā)射執(zhí)行驗證飛行任務(wù)。2012年5月，“獵鷹9”在其第三次飛行中創(chuàng)造了歷史，首次將一艘商業(yè)貨運飛船送上了國際空間站。

這次成功發(fā)射為太空探索技術(shù)公司與美國宇航局“商業(yè)補給服務(wù)”合作關(guān)系的成功奠定了基礎(chǔ)——在2012年10月至2020年3月間共發(fā)射20艘貨運龍飛船。其中19 次任務(wù)（除去2015年6月發(fā)射失敗的CRS-7）共向空間站運送了超過43000 千克貨物，并將34400 千克貨物運回地球。

2013年9月，獵鷹9 v1.1 火箭發(fā)射加拿大CASSIOPE 衛(wèi)星

“獵鷹9”第二次迭代型v1.1 于2013年9月首飛，又一次創(chuàng)造了紀錄，其在范登堡空軍基地SLC-4E 發(fā)射臺進行了首次發(fā)射，將加拿大“級聯(lián)小衛(wèi)星和電離層兩極探測器”（CASSIOPE）科學衛(wèi)星送入極地軌道。

獵鷹9v1.1 型火箭高68 米，比v1.0 型重約60%，推進劑貯箱更大，得益于升級后的梅林-1D 發(fā)動機組，在升空時產(chǎn)生的推力增加了60%，總計約600000 千克。芯級共9 臺發(fā)動機，其中8 臺圍繞一臺中心發(fā)動機以圓形分布。

從2013年9月到2016年1月，“獵鷹9”v1.1 型共飛行了15 次。在完成CASSIOPE 衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)后，它于2013年12月向地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）發(fā)射了首個有效載荷——SES-8 通信衛(wèi)星，緊接著又發(fā)射了6 顆GTO 軌道通信衛(wèi)星，包括2015年3月發(fā)射的亞洲廣播衛(wèi)星-3A 和歐洲通信衛(wèi)星-115 West B。此外，它還發(fā)射了5 艘龍貨運飛船，但只有4 艘抵達國際空間站。2015年6月28日，“獵鷹9”v1.1 在升空139 秒后遭遇了第一次飛行中的火箭事故，船箭俱毀。后來發(fā)現(xiàn)，火箭第二級液氧貯箱內(nèi)固定高壓氦瓶的支柱失效，導致超壓事件。這也是獵鷹9 火箭迄今為止唯一的發(fā)射失敗。2015年2月，一枚“獵鷹9”v1.1 將美國宇航局“深空氣候觀測臺”（DSCOVR）送到了日地拉格朗日L1 點，執(zhí)行了太空探索技術(shù)公司迄今為止發(fā)射的最遙遠任務(wù)，將有效載荷推到了距地球約150萬公里的地方。

2015年6月28日，CRS-7 龍飛船發(fā)射時爆炸解體

“獵鷹9”芯級在卡納維拉爾角空軍基地著陸區(qū)著陸

“獵鷹9” v1.1 的最后一次飛行是在它的后續(xù)型號獵鷹9 全推力型火箭首飛幾周之后。全推力型配備升級后的梅林-1D+發(fā)動機組，在升空時可產(chǎn)生約690000 千克的推力。該型火箭有70 米高，箭體結(jié)構(gòu)得到增強，第二級加長，推進劑貯箱容積增加。取決于第一級是否回收，“獵鷹9”全推力型火箭可將最多22800 千克載荷送入近地軌道，也可將8300 千克載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

令人驚嘆的火箭回收

從一開始，太空探索技術(shù)公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克就指出，他希望“獵鷹9”能夠回收和重復使用，并在2014年4月至2015年2月期間，幾次以“受控”方式在海上實現(xiàn)第一級軟著陸的努力都取得了一定成功。但讓返回的第一級降落在無人靶船甲板上的嘗試被證明是難以捉摸的，至少對“獵鷹9” v1.1 來說是這樣。2015年12月，“獵鷹9”全推力型在將11 顆Orbcomm 衛(wèi)星送入軌道后成功“著陸”，順利降落在卡納維拉爾角的著陸區(qū)。這是一項令世界驚嘆的突破。

讓火箭芯級以高速、高溫返回地球，通過由高超聲速柵格翼、可展開著陸支腿和老話說的“好運”共同組成的復雜系統(tǒng)來引導，是一件極其困難的事，但馬斯克用一句妙語對其進行了最好的總結(jié)：“這是火箭科學！”

“獵鷹9”芯級在無人靶船上降落

自2018年5月以來，獵鷹9 Block 5 改型開始服役，其可靠性更高、推力更大、可重用性更強

2018年2月“獵鷹9”發(fā)射后，完好的半個整流罩在太平洋上漂流

2013年9月，第一枚“獵鷹9”v1.1 開始受控再入，次年7月著陸支腿成功展開，實現(xiàn)了在大西洋上的受控“觸地”。2015年1月，無人靶船上的第一次火箭軟著陸嘗試結(jié)果變成硬著陸。接下來的4月，由于火箭接近著陸時橫向速度過快，導致其在無人靶船甲板上傾覆。2016年1月，著陸支腿上的鎖扣使“獵鷹9” v1.1 實現(xiàn)完整著陸的最后機會落空。2016年4月，火箭芯級在無人靶船上著陸終獲成功。

火箭復用無人能及

當前的“獵鷹9”全推力型已經(jīng)發(fā)展出幾個型號，Block 4 改型和Block 5改型分別于2017年8月和2018年5月首飛。改型升級包括增加推力、加固著陸支腿、提高復用性能以及改進飛行控制系統(tǒng)。

“獵鷹9”Block 5 改型最終獲得了美國宇航局“商業(yè)載人計劃”的發(fā)射認證。更普遍的說法是，“獵鷹9”Block 5 改型被捧為翻新速度更快的火箭，而且可以用同一個芯級執(zhí)行多次任務(wù)。在3年多一點的時間里，它確實做到了。

NROL-76 從39A 發(fā)射升空，這是太空探索技術(shù)公司首次發(fā)射美國國家偵察局的有效載荷

2019年3月2日，載人龍飛船由獵鷹9 火箭發(fā)射執(zhí)行Demo-1 無人試飛任務(wù)

2017年3月，芯級尾號為“B1021”的火箭發(fā)射標志著太空探索技術(shù)公司首次使用“二手”軌道級火箭，并開創(chuàng)了一個新時代。截至2020年6月第九組星鏈衛(wèi)星星座發(fā)射任務(wù)，累計有24 枚火箭至少發(fā)射過2 次——其中7 枚發(fā)射過3 次，5 枚發(fā)射過4 次，2 枚發(fā)射過5 次。隨著回收系統(tǒng)的成熟，它們在卡納維拉爾角或范登堡空軍基地著陸的能力已經(jīng)提高到幾乎“司空見慣”的水平。2015年12月到2020年3月之間，已經(jīng)完成了19 次陸上著陸，包括3 次“重型獵鷹”任務(wù)的側(cè)裝助推器返回。除此之外，在美國東西海岸共實現(xiàn)了34 次無人靶船上的降落。

美國東部時間2017年6月3日，太空探索技術(shù)公司利用獵鷹9 火箭成功發(fā)射“龍”飛船，執(zhí)行第11 次國際空間站貨運補給任務(wù)（CRS-11)。此次發(fā)射既平常又非凡，因為這次發(fā)射的“龍”飛船是人類航天史上第一艘重復使用的貨運飛船。 在獵鷹9 火箭第一級回收再利用之后，太空探索技術(shù)公司并沒有滿足于“二手”火箭的再次升空，又把一艘“二手”飛船送上了太空，而且還是一艘被海水浸泡過的飛船。這是一件前人從未做過的事情。

太空探索技術(shù)公司也在不斷探索火箭整流罩回收技術(shù)，自2018年以來，為回收整流罩采用了可操縱的降落傘和巨型捕集網(wǎng)。早期若干次捕獲整流罩的嘗試都全部“功虧一簣”，但在2020年7月21日，“獵鷹9“火箭發(fā)韓國軍事通信衛(wèi)星時，首次成功地采用網(wǎng)捕方式，把兩個半罩雙雙回收回來。

超越對手 成就自己

2020年4月下旬，“獵鷹9”完成了第84 次發(fā)射任務(wù)，超越了美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“宇宙神5號”，成為發(fā)射次數(shù)最多的美國現(xiàn)役火箭。2020年太空探索技術(shù)公司的發(fā)射計劃排得很滿，也沒有表現(xiàn)出任何放緩的跡象。

10年間，“獵鷹9”作為一種運載火箭，其成長速度驚人。其近地球軌道有效載荷能力增長逾一倍，地球同步軌道能力也幾乎翻倍，漸進式成功與幾場虛驚并存，使它成為一款能夠重復發(fā)射、海上與陸地著陸、整流罩可重復使用的多功能火箭。

“獵鷹9”完成25 次飛行花了6年多時間（2010—2016年），但僅僅兩年后的2018年，就神奇地完成了第50 次飛行，到2019年深秋就超過了75 次。僅在2020年上半年，“獵鷹9”就完成了11 次發(fā)射，預計“獵鷹9”將在幾個月內(nèi)完成第100 次飛行。而它的未來，就像獵鷹——它的名字和靈感來源一樣，似乎注定要振翅高飛。