重型猎鹰“最困难”发射之三大亮点

北京时间 25 日 14:30 分，地表运力最强的 SpaceX 重型猎鹰火箭在肯尼迪航天中心 LC-39A 发射台再次发射升空。8分45秒后，两枚助推火箭在LZ-1 和 LZ-2 着陆区降落回收。这是重型猎鹰的第三次发射任务。

遗憾的是，由于落点偏离，芯级火箭未能成功着陆海上驳船。至今，重型猎鹰的三次发射任务中，只有今年4月12日进行的第二次发射任务成功回收了芯级火箭和两枚助推。

尽管如此，此次发射任务还是有很多亮点。

亮点一：成功回收整流罩 

所谓失之东隅，收之桑榆，值得高兴的是SpaceX 在此次发射中首次顺利实现整流罩回收。

整流罩位于火箭顶部，通过转接器与火箭相接，火箭在大气层飞行过程中整流罩包裹着有效载荷起到保护作用，火箭飞出大气层后整流罩上的导爆索或爆炸螺栓起爆，整流罩自顶部一分为二。在之前的发射中，抛离后的整流罩会在大气层中燃烧殆尽

 导爆索和爆炸螺栓的位置和药量设计要求及其精确，稍有不慎就会伤及载荷。上世纪末我们曾在整流罩上吃过亏

 所以整流罩绝不是个简简单单的金属外壳，火箭在大气层中飞行也会突破音速，因而其设计既要坚固又要轻薄。这个金属壳并不便宜（钛合金材料），SpaceX报出的猎鹰9整流罩造价高达600万美元，是重型猎鹰发射成本的十分之一左右

SpaceX实现对火箭回收之后，一直致力于整流罩回收。每一次猎鹰发射，都曾试图进行回收，可惜一直未能成功。

 此次发射采用了升级后的2.0版整流罩在结构和尺寸上都进行了一定的改进，改进后的整流罩能容纳更大载荷同时满足回收后多次重复使用的要求

 很显然整流罩上没办法安装火箭发动机，更没办法携载大量燃料，一来会让整个火箭变得头重脚轻，二来过多的重量会飙升发射成本，得不偿失。SpaceX技术人员采用伞降+姿态控制的方式进行回收

技术人员分别为两片整流罩安装上了姿态控制推进器和降落伞，使其在下降过程中可以不断调整飞行的方向

 回收后的整流罩由驳船将其抓住，并运回

驳船拖行下的整流罩，此次回收标志着整流罩回收技术的可行性，不难想见，未来SpaceX会通过多次发射实现该技术的全面成熟

亮点二：梅林1D多次点火一箭入轨24星

此次发射任务代号为“STP-2”，该任务需要将 24 个卫星送上3个不同的轨道。这些卫星是美国空军的“太空测试项目 2”的关键，此外，还将 NASA的“深空原子钟”送入太空。

原子钟项目首席研究员、NASA喷气推进实验室的伊尔·舒伯特在新闻发布会上说，这种迷你原子钟将安装在未来的宇宙飞船或卫星上，可“彻底改变我们的航天器在深空的导航方式”。

现在的GPS卫星时钟需要地球上的指挥中心每天进行两次修正，但新的原子钟更加可靠，不需要频繁修正。修正频率从每天两次将降为几周一次，甚至数月一次。

 现在的卫星修正是由地面天线通过双向中继系统（two-way relay system）向航天器发送信号，然后航天器把信号发射回来。通过测量信号的往返时间，地面原子钟就能确定航天器的位置。这种导航方法意味着，无论太空探索任务在太阳系中行进至何处，航天器仍然像一只被拴在地球上的风筝，等待来自地球的行进指令，才能继续前行。

但是有了深空原子钟，“我们可以过渡到所谓的单向追踪”。宇宙飞船将用其来测量追踪信号从地球抵达飞船所需的时间，而无需将信号发回地面的原子钟进行测量，这将使航天器能够判断自己的轨道

未来的航天器将能自我定位、自主导航，可以使宇航员在不需要接收地球指令的情况下，自行穿越太阳系，以便更加灵活地开展行动，更及时地对意外情况作出反应

NASA的深空原子钟对每一秒计量的一致程度大约是GPS卫星上原子钟的50倍——也就是每1000万年才会出现1秒钟的偏差。

然而这并不是第二个亮点，梅林1D发动机才是此次发射任务的第二个亮点。

我们在从“梅林”到“猛禽”：“液氧甲烷”+“全流量分级循环”，星级火箭发动机的中级选择？（上）中聊到，猎鹰火箭巨大成就的另一面是众人对梅林发动机的诟病，不过梅林也很争气，经过不断改造，相继衍生出了梅林-1B、1C、1C真空版、1D、1D真空版等多个型号，俨然成为一个庞大家族。

 从“梅林1C”到“梅林1D”，在比冲起伏不大的情况下梅林发动机推力整整翻了一番。借用网上的一句话：“这发动机改的连他亲妈都不认识了，最初的梅林1A至今，除了三围尺寸，循环方式没有变，一切都堪称沧海桑田”。

此次发射，最艰难的任务落到了“梅林1D”的肩上。二级分离后，搭载一台梅林 1D 发动机的上面级将要重复进行 4 次点火！！！

所谓一寸小，一寸巧。大型火箭发动机多次点火由于发动机工况不同，很容易出现燃烧不稳定性，对于小发动机而言，这种不稳定性几率大大降低（详细原因请关注系列文章：浅析液体火箭发动机推进剂喷注雾化与燃烧不稳定性（上））。

梅林1D通过四次点火，将把有效载荷送达3个不同的轨道，这就像校车一样分别在这 3 个不同的轨道高度释放卫星，这些操作需要火箭上面级在6个小时内精准完成。

 有效载荷以及转接器。SpaceX已经成功玩转一箭多星技术，重型猎鹰有着巨大的运力剩余，而通过一箭多星技术，SpaceX能够进一步摊平发射成本。有关一箭多星技术我们在浅谈陆基洲际导弹和多弹头技术发展（上）和浅谈陆基洲际导弹和多弹头技术发展（下）已经有过介绍，此次发射SpaceX能够在3条不同的轨道上部署24颗卫星，既考验着火箭轨控技术，更考验着火箭发动机

因此，马斯克也表示此次发射是有史以来最困难的一次。

此次任务是是美国空军首次使用猎鹰重型火箭发射卫星，尽管该卫星并非用于国家安全事务的高度保密重要卫星，但仍受到空军和SpaceX特别重视。

实际上，这次发射有着非同寻常的意义。目前美国空军准备好了2022-2026年总共约25次的发射订单，对于马斯克而言这可是笔大买卖，美国空间的候选承包商有ULA美国发射联盟，SpaceX，蓝色起源以及诺斯罗普格鲁曼公司（世界第四大军火生产商）。美国空军将把25次发射任务交给其中两家来完成，作为美国最大的火箭发射商，ULA可谓志在必得，因而SpaceX将面临与蓝色起源和诺斯罗普格鲁曼的激烈竞争。

相比之下，ULA和诺斯罗普格鲁曼的技术优势十分明显，而SpaceX最有竞争力的就是发射报价。不过，ULA目前也在努力寻求降低发射成本。

SpaceX已经表示猎鹰重型火箭将能够覆盖美军提出的9个轨道的发射任务，然而没有实实在在的发射，美国空军才不信。这一次的发射将有助于证明猎鹰重型火箭的上面级有足够的能力到达更多的轨道。

亮点三：生意做到了死人头上 

此外，这次发射还携带了152名死者的骨灰，因而这次发射任务也是一次豪华“集体太空葬礼”。

逝者的骨灰将放在唇膏大小的胶囊容器中，放置在通用原子轨道试验台卫星内，与火箭升空。之后，这些骨灰将围绕地球航行，直到大气层将他们的骨灰化作流星，燃烧殆尽。

152位逝者中包括一些名人，比如美国宇航局前宇航员比尔·波格（Bill Pogue）、日本职业篮球明星Masaru Tomita、太空飞行历史学家詹姆斯·巴斯比（James M。 Busby）。这些骨灰预计将会随着卫星在地球轨道上飞行约 25 年，最后将坠入大气层，像流星一样被燃尽。

事实上，这并非第一次人类骨灰进入太空，Celestis公司已成功地发射15次，曾将科幻剧《星际迷航》饰演“斯科蒂”的演员詹姆斯·杜汉（James Doohan）、科学家尤金·舒梅克（Eugene Shoemaker）等人的骨灰送入太空

“太空殡葬”是Celestis公司提供的一种非常独特的服务，Celestis公司网站介绍，这种“太空葬礼”的标价为每克骨灰4995美元。如果把骨灰送到月球上，或是永远在太空中旅行，价格则上升为每克骨灰1.25万美元起。

发射完毕，Celestis公司还将举办“追悼会直播”，纪念所有被送入太空的逝者。