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世界最强运载火箭——重型猎鹰

2018-06-01 14:40 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:矛隼工作室

  监制:光明网科普事业部

  今年年初,有这么一种火箭的发射可以说是获得了全球的关注,而这种运载火箭,就是重型猎鹰火箭。

世界最强运载火箭——重型猎鹰

发射塔架上的重型猎鹰运载火箭(来源:SpaceX)

  重型猎鹰火箭是美国SpaceX公司的最新型运载火箭,而这种运载火箭的最惊人之处,在于其将人类当前的太空运力,一口气提升到了LEO轨道运力六十吨之多。

  事实上,随着冷战的落幕,人类曾经拥有的超级运载火箭们——土星五号、能源号纷纷推移。几年前,美国的航天飞机也宣告退役,这代表着人类的运载能力从上百吨又回到了二、三十吨的运载能力。

世界最强运载火箭——重型猎鹰

发射升空的重型猎鹰运载火箭(来源:SpaceX)

  这核心原因,其实是需求的问题。冷战之后,类似于登月这种伟大的超级航天计划已经不多见了,而当前的运载火箭,主要服务于商业发射、近地航天和太阳系内无人探索。这些任务仅仅是用本世纪的所谓大型火箭就可以完全满足需求,而且显得更加经济。

  但是,在21世纪,随着一系列远地载人项目的上马——包括深空之门月球轨道空间站计划和火星载人探索计划,人类开始重新需要大运载能力的重型运载火箭了。另一方面,更多的互联网卫星计划迫使spaceX开始探求一种新的方案——使用大运载能力火箭一次性投送大量卫星,来降低单颗卫星的发射成本。

  重型猎鹰火箭的设计非常有趣,其芯级的一级火箭和两个助推火箭的构型完全一致,都是使用猎鹰九号火箭的一级火箭改装而来。

世界最强运载火箭——重型猎鹰

图为一个猎鹰九号火箭的一级,也就是重型猎鹰火箭一级的三分之一(来源:SpaceX)

  这一模式被称为并联芯级火箭,猎鹰九号的运载能力高达二十余吨,三枚并联更是威力无穷。并联芯级火箭之前在德尔塔IV型就有体现,其也是三个相同的芯级并联形成一级。

  但是与之不同的是,猎鹰九号本身就有九个梅林火箭发动机,三个并联更是达到了27个发动机,很多人担心这会重蹈前苏联N1超重型运载火箭的覆辙。

  前苏联N1超重型运载火箭足足有30台火箭发动机,近地轨道设计运力接近一百吨之多。但是其发射记录可以说是惨不忍睹——四次发射,四次失败。

  但是,N1火箭的本质相当于30枚火箭一齐构成了一级。而重型猎鹰根据spaceX的官方说法,那就是“三枚猎鹰火箭在同时飞行”,三枚火箭都有自己的独立控制系统,事实上是降低了系统的复杂程度的。另一方面,N1火箭与现在的重型猎鹰火箭的时代差距足足有五十年之多,计算机和飞控技术的发展使得N1火箭看起来就像是个巨型的史前玩具,要知道N1火箭的主控计算机数十台上百台并联的情况下,计算力也无法与你现在手中的手机相比。

世界最强运载火箭——重型猎鹰

图为前苏联N1运载火箭,可以看到其底部密密麻麻的发动机喷口(来源:百度图片)

  重型猎鹰火箭发射之后,三个芯级都会全推力启动来让重型猎鹰火箭快速升空。在短暂的飞行之后,其中间的芯级就会快速降低推力,而让左右两个助推芯级全推力运行。

  助推芯级将很快耗尽燃料,然后脱离,开始他们的返航之旅。

  没错,虽然重型猎鹰重达千吨,但是其毕竟相当于三个独立的猎鹰九号火箭,也将如同普通猎鹰九号火箭一样返航回收。两个脱离的助推器将首先使用格栅舵控制自己的方向落向着陆场,然后开启主发动机,经过三次点火然后将火箭的速度降低并缓慢的停在陆上着陆场。

世界最强运载火箭——重型猎鹰

图为同时着陆的两个重型猎鹰助推器(来源:SpaceX)

  另一方面,中央芯级将继续飞行为载荷提供更高的速度,并随后与第二级火箭火箭脱离,然后如同发射GTO运载任务的猎鹰九号一样,着陆在海上的降落平台船上。

  不过,首次发射的重型猎鹰核心级的回收失败了,原因是其返回时速度太高,而燃料不足,没有成功减速。

  实话说,重型猎鹰火箭如此已经算是无比成功的一次发射了,毕竟世界上绝大多数的运载火箭都压根没有回收功能。另一方面,几乎所有人都不看好这种火箭的发射,甚至SpaceX的总裁埃隆马斯克都说“重型猎鹰没有爆炸在发射台上我们就可以称其为成功发射”。而最终的结果,可以说是让所有人都十分满意。

  重型猎鹰将具有多种用户,从美国空军、NASA再到民营通讯或网络卫星运营商。事实上,重型猎鹰在积极的试图参与美国的火星探索计划和月球空间站计划。而美国国家侦察局也有可能使用重型猎鹰火箭投送其大型的间谍卫星。而最核心的是,Starlink计划将发射数千枚卫星来为全球提供无线网络,而重型猎鹰,是其最为核心的运载工具之一。

  总体而言,重型猎鹰作为本世纪重型火箭时代的第一个选手,理所当然的获得所有人的关注,或许重型猎鹰,将为人类打开新太空时代的大门。

[责任编辑:赵清建]

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