重型獵鷹火箭首次商業(yè)發(fā)射成功改寫(xiě)全球航天發(fā)射市場(chǎng)版圖

+ 張雪松

4月12日6時(shí)35分，SpaceX的重型獵鷹火箭在時(shí)隔一年多后再次披掛上陣，從肯尼迪航天中心LC-39A發(fā)射工位順利升空，成功發(fā)射了沙特阿拉伯的阿拉伯-6A（Arabsat-6A）衛(wèi)星。重型獵鷹火箭首次商業(yè)發(fā)射的成功，不僅將改寫(xiě)世界商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)版圖，而且對(duì)NASA未來(lái)深空探測(cè)的任務(wù)分配，也將產(chǎn)生顛覆性的影響。

一次完美的商業(yè)發(fā)射

2018年2月6日，重型獵鷹火箭首次發(fā)射成功，一舉奪走了重型德?tīng)査麵V火箭保持了長(zhǎng)達(dá)14年的現(xiàn)役火箭運(yùn)力桂冠，重型獵鷹火箭的近地軌道運(yùn)力達(dá)到驚人的63.8噸，比重型德?tīng)査麵V火箭高出兩倍以上，作為一家商業(yè)航天公司自籌資金研制的全球最大運(yùn)力火箭，它的首次亮相吸引了全世界的眼球。

由于火箭超乎尋常的設(shè)計(jì)和能力，對(duì)于首飛，人們并未抱有太多的期望。SpaceX公司的老板馬斯克事前表示只要發(fā)射時(shí)別炸了發(fā)射工位就是成功；因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)巨大，就算免費(fèi)發(fā)射也攬不來(lái)首飛客戶（首次發(fā)射的載荷是馬斯克的跑車(chē)），大家都在觀望這種火箭的可靠性。結(jié)果，重型獵鷹火箭首飛成功，兩枚助推器同時(shí)返回著陸場(chǎng)著陸成功，但火箭芯級(jí)海上降落回收失敗，讓成功的首射略有瑕疵。

一年之后重型獵鷹火箭迎來(lái)了首次商業(yè)發(fā)射：沙特的Arabsat-6A是一顆洛克希德馬丁公司制造的基于A2100M平臺(tái)的大型通信衛(wèi)星，發(fā)射質(zhì)量高達(dá)6.46噸，超出了獵鷹九號(hào)火箭復(fù)用發(fā)射的運(yùn)載能力，不得不用重型獵鷹火箭發(fā)射。

今年的重型獵鷹火箭再次進(jìn)行了升級(jí)，馬斯克在發(fā)射前透露，這次發(fā)射起飛推力比首飛時(shí)提高約10%，起飛推力將達(dá)到驚人的2550噸！

火箭的芯級(jí)編號(hào)為1055.1（意為第55枚箭體的第1次發(fā)射），兩枚助推器分別編號(hào)1052.1和1053.1，都是全新生產(chǎn)的Block 5版獵鷹火箭。面對(duì)全新的重型獵鷹火箭，即使是膽大的馬斯克處理起來(lái)也慎之又慎，為此連續(xù)推遲發(fā)射時(shí)間，直到4月12日才進(jìn)行發(fā)射。

重型獵鷹火箭沒(méi)有辜負(fù)馬斯克的期望，當(dāng)日凌晨6時(shí)35分，火箭從肯尼迪中心發(fā)射，發(fā)射后2分38秒助推器開(kāi)始分離，此時(shí)火箭速度約5890公里/小時(shí)，隨后兩枚助推器反推飛向肯尼迪中心，發(fā)射后8分01秒在LZ-1和LZ-2著陸場(chǎng)又一次成功上演了雙箭齊落的科幻場(chǎng)面。

面對(duì)接下來(lái)的芯一級(jí)分離和海上著陸的考驗(yàn)，重型獵鷹火箭表現(xiàn)出色。芯一級(jí)在約10700公里/小時(shí)的速度下分離，并在發(fā)射后10分20秒，穩(wěn)穩(wěn)落在距離發(fā)射場(chǎng)約1000公里的海上回收駁船上。

發(fā)射34分鐘后，Arabsat-6A衛(wèi)星和火箭第二級(jí)分離，成功進(jìn)入近地點(diǎn)321公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)89808公里、傾角23度的大橢圓軌道，入軌精度相當(dāng)不錯(cuò)，火箭發(fā)射和回收都獲得圓滿成功。

重型獵鷹火箭憑借完美的首次商業(yè)發(fā)射，再一次證明了火箭27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)思路的可行性和可靠性，給商業(yè)客戶和政府客戶吃了一顆定心丸。憑借大運(yùn)力，復(fù)用發(fā)射9000萬(wàn)美元、一次性發(fā)射1.5億美元的低廉報(bào)價(jià)，重型獵鷹火箭毋庸置疑將對(duì)世界商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)再次帶來(lái)巨大的沖擊。而其影響，很有可能對(duì)世界運(yùn)載火箭發(fā)展路線也帶來(lái)顛覆性的改變。

商業(yè)價(jià)值迎來(lái)井噴

馬斯克可以說(shuō)是近十年來(lái)，世界航天界傳奇人物中的NO.1，無(wú)論別人 怎么詆毀抨擊，他始終一步步實(shí)現(xiàn)著自己的發(fā)展計(jì)劃，相繼研制出獵鷹九號(hào)、龍式和龍二代飛船，還有今天的主角重型獵鷹火箭，對(duì)世界航天事業(yè)帶來(lái)了極大的影響。

回想當(dāng)年，重型獵鷹火箭還被稱(chēng)為獵鷹九號(hào)重型（Falcon 9H）火箭時(shí)，還只是PPT產(chǎn)品，原定2012年首飛。雖然當(dāng)年的獵重設(shè)計(jì)近地軌道運(yùn)力只有約32噸，可也算是“癡人說(shuō)夢(mèng)”了，因?yàn)橥粫r(shí)期，SpaceX公司的獵鷹九號(hào)火箭甚至還沒(méi)發(fā)射上天呢！因此，當(dāng)時(shí)還很紅火的洛克達(dá)因公司曾專(zhuān)門(mén)做了一個(gè)廣告諷刺：“當(dāng)別人忙于高談闊論時(shí)，我們忙著發(fā)射”。

2011年馬斯克正式公布了重型獵鷹（Falcon Heavy）的研制計(jì)劃，原定于2013年發(fā)射，結(jié)果一路推遲到2018年，成了業(yè)界笑柄，也給抨擊者提供了無(wú)數(shù)的炮彈。不過(guò)重型獵鷹火箭拖了這么多年，倒不是說(shuō)SpaceX公司技術(shù)太差或是故意拖延，畢竟是自掏腰包研制的火箭，拖一天就多出一天的費(fèi)用。真正的原因是，重型獵鷹火箭的研制，的確遇到了捆綁火箭氣動(dòng)等難關(guān)，但更重要的原因是同期獵鷹九號(hào)火箭在不斷迭代升級(jí)，結(jié)果重型獵鷹的狀態(tài)遲遲無(wú)法凍結(jié)，不過(guò)推遲了5年后重型獵鷹火箭也實(shí)現(xiàn)了脫胎換骨，即使取消了當(dāng)初的推進(jìn)劑交叉輸送技術(shù)，其近地軌道運(yùn)載能力也高達(dá)63.8噸，比最初的設(shè)計(jì)幾乎翻番！

重型獵鷹火箭首次商業(yè)發(fā)射成功，再次證明了其可靠性。這次發(fā)射的衛(wèi)星重6.46噸，但運(yùn)力折算到標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)移軌道的話，已經(jīng)達(dá)到了接近8.8噸，這還只是助推器飛回發(fā)射場(chǎng)的復(fù)用運(yùn)力，而并非火箭運(yùn)力的極限。

獵鷹九號(hào)火箭在過(guò)去數(shù)年時(shí)間里，從歐洲阿里安火箭和俄羅斯質(zhì)子火箭手里搶去了大量訂單，占據(jù)了商業(yè)發(fā)射的半壁江山。不過(guò)獵鷹九號(hào)火箭也不是無(wú)所不能的，其復(fù)用發(fā)射運(yùn)力極限約為5.5噸，面對(duì)眾多6噸級(jí)大型通信衛(wèi)星，可謂力不從心，這給了阿里安五號(hào)和質(zhì)子號(hào)火箭喘息的機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在，重型獵鷹火箭強(qiáng)勢(shì)登場(chǎng)，復(fù)用運(yùn)力足以發(fā)射任何一顆靜地軌道大型通信衛(wèi)星，這下歐洲和俄羅斯的火箭可能真要沒(méi)活路了。

當(dāng)然，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商也會(huì)有自己的考慮，為了避免一家獨(dú)大而漫天要價(jià)，肯定會(huì)在SpaceX公司之外扶植一家發(fā)射商作為備份和侃價(jià)籌碼，但可以說(shuō)，備胎只會(huì)有一家，并且可能只有吃殘羹冷炙的命?？梢灶A(yù)料，世界商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)從此要被重型獵鷹火箭徹底改寫(xiě)了。

2010-2018年SpaceX在全球航天發(fā)射市場(chǎng)份額占比示意圖

重型獵鷹在政府發(fā)射上也有光明的前途。雖然它并非美國(guó)唯一的重型火箭，波音公司也在研制SLS重型火箭。SLS火箭繼承了航天飛機(jī)的技術(shù)遺產(chǎn)，大推力高比沖的SSME/RS-25氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、超大推力的5段式固體助推器，現(xiàn)役比沖最高的RL10氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)得到了NASA豐厚的撥款。

盡管集萬(wàn)千寵愛(ài)于一身，但SLS火箭的研制更加命運(yùn)多舛，從2011年開(kāi)始啟動(dòng)研制，原定2016年發(fā)射，但一推再推直到今天還未登場(chǎng)。今年美國(guó)副總統(tǒng)彭斯和NASA局長(zhǎng)布里登斯廷下了死命令，要求SLS火箭在2020年6月發(fā)射——但公開(kāi)信息顯示已經(jīng)推遲到2020年12月，此前就有小道消息說(shuō)NASA內(nèi)部人員認(rèn)為SLS火箭在2021年前無(wú)法發(fā)射。SLS火箭這么不給力，從無(wú)人深空探測(cè)到載人深空探測(cè)，從探月到探火，NASA一堆項(xiàng)目被它坑慘了。現(xiàn)在，美國(guó)總統(tǒng)特朗普和副總統(tǒng)彭斯要求2024年實(shí)現(xiàn)載人登陸月球南極，已經(jīng)投資約140億美元的SLS火箭卻成了最拖后腿的累贅。窮則思變，NASA只好將目光投向自帶干糧的重型獵鷹火箭。

重型獵鷹自帶干糧，但并不廉價(jià)。去年首飛成功后，馬斯克表示火箭研制費(fèi)用高達(dá)5億美元，這對(duì)馬斯克和SpaceX來(lái)說(shuō)是筆巨款，但和NASA在SLS火箭上的投資相比，甚至連零頭都不到！據(jù)《科學(xué)》雜志報(bào)道，NASA已經(jīng)決定使用重型獵鷹火箭代替SLS火箭發(fā)射歐羅巴快船探測(cè)器，此舉就能節(jié)省大約7億美元。未來(lái)，在NASA的大型深空探測(cè)器項(xiàng)目上，重型獵鷹火箭更有大展拳腳的空間，就算壟斷NASA的旗艦級(jí)深空探測(cè)器發(fā)射也是完全有可能的。

更大的驚喜來(lái)自載人航天項(xiàng)目，NASA的載人登月計(jì)劃被SLS火箭拖累，不得已也要倚重重型獵鷹火箭，首先是月球軌道深空門(mén)戶站（LOP-G）項(xiàng)目，它的第一個(gè)艙段能源推進(jìn)艙（PPE）原計(jì)劃使用SLS火箭發(fā)射，但NASA已經(jīng)決定改用商業(yè)火箭發(fā)射。按目前的路線圖PPE艙段要在2022年發(fā)射，而在此時(shí)具備足夠運(yùn)力并通過(guò)認(rèn)證的火箭，唯有重型獵鷹火箭。好消息源源不斷：為了加速LOP-G空間站的建造進(jìn)度，NASA又決定使用商業(yè)火箭發(fā)射空間站的其他艙段，美國(guó)新一代四種商業(yè)火箭（重型獵鷹、新格倫、火神和歐米伽）中，重型獵鷹是最成熟也是運(yùn)力最大的型號(hào)，在競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)占據(jù)先機(jī)，如果說(shuō)原來(lái)大家還擔(dān)心它的可靠性的話，現(xiàn)在連續(xù)兩次發(fā)射成功，其可靠性已經(jīng)得到了初步檢驗(yàn)。

2019年NASA面對(duì)SLS火箭的拖沓，不得已又做出最新決定：暫停探索上面級(jí)（EUS）和相應(yīng)的SLS Block 1B火箭的研制，力?；拘蚐LS Block 1的研制進(jìn)度，并只用SLS火箭發(fā)射獵戶座飛船，LOP-G空間站的補(bǔ)給飛船以及未來(lái)的三艙式登月艙也都改用商業(yè)火箭發(fā)射。如果說(shuō)LOP-G艙段的發(fā)射任務(wù)其他火箭還有競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)，登月艙的上升器、著陸器和轉(zhuǎn)移器都是10-15噸級(jí)的艙段，貨運(yùn)飛船也是十幾噸的龐然大物，重型獵鷹火箭幾乎是必然的選擇。更驚人的消息是，今年3月，美國(guó)副總統(tǒng)彭斯公開(kāi)表示，獵戶座飛船EM-1任務(wù)必須在2020年發(fā)射，做不到就換承包商！在“愛(ài)干干不干滾”的壓力下，NASA局長(zhǎng)也不得不附和表示在研究使用重型獵鷹火箭發(fā)射獵戶座飛船的方案。雖然經(jīng)過(guò)討論認(rèn)為，重型獵鷹發(fā)射的方案可行性不高，但重型獵鷹火箭帶來(lái)的沖擊已經(jīng)可見(jiàn)一斑，常言道：“躲得了初一躲不過(guò)十五”，EM-1任務(wù)現(xiàn)在雖然還是暫交SLS火箭發(fā)射，但將來(lái)呢？對(duì)比昂貴的SLS火箭，一枚重型獵鷹火箭可以節(jié)省約7億美元，用它發(fā)射獵戶座飛船，或是發(fā)射載人的龍二代飛船，始終會(huì)是極富誘惑的選擇。

小結(jié)

重型獵鷹火箭作為一種私營(yíng)商業(yè)航天公司自籌資金研制的重型火箭，經(jīng)過(guò)兩次發(fā)射初步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和可靠性，不僅要在商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上橫掃歐洲和俄羅斯的大型火箭，更將可能成為挽救NASA深空探測(cè)和載人航天任務(wù)的救命稻草，這恐怕是馬斯克本人也始料未及的。重型獵鷹火箭還對(duì)其他國(guó)家的火箭研制產(chǎn)生了巨大影響，無(wú)論是歐洲的阿里安七號(hào)，還是中國(guó)的新一代載人火箭，設(shè)計(jì)上都帶有重型獵鷹火箭的痕跡，就算印度都在研制模塊化印度版重型獵鷹。重型獵鷹火箭連續(xù)發(fā)射成功后，各國(guó)航天機(jī)構(gòu)必然深受鼓舞，這種架構(gòu)的火箭有望成為未來(lái)大型運(yùn)載火箭的發(fā)展潮流。SATNET

重型獵鷹升空瞬間，27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)吐出的尾焰清晰可見(jiàn)