美國當地時間周日傍晚,北京時間周一清晨,伴随着27台發動機一起點火的怒吼,馬斯克的重型獵鷹火箭再次發射。重型獵鷹火箭的一級以及兩個助推器,發射時候産生2326噸的推力,這讓它穩穩坐在世界火箭起飛推力的第二把交椅上,而這個第一的位置,才在去年12月份被NASA的登月火箭SLS搶走。
獵鷹9号火箭是spaceX的主力火箭,它的一級有9台梅林火箭發動機。重型獵鷹火箭則簡單粗暴,把三個獵鷹9号火箭的一級并聯在一起,變成了一款重型火箭。1月16日,北京時間6:56分,獵鷹9号火箭在卡納維拉爾角的LC-39A發射台,進行了重型獵鷹火箭今年的第一次發射。發射任務是USSF-67,一看名字就知道這是美國軍方的保密任務。此次任務基本上跟去年發射的USSF-44任務類似,連使用的兩枚助推器都一樣。
上次,也就是75天之前,B1064 和B1065兩個助推器進行了陸地回收,這一次也是一樣,兩個同樣的助推器在空中分離,轉向卡角,然後飛回到發射台附近的陸地回收場。在空中對準陸地回收場的圓心後,這兩枚火箭點燃了中心的一台梅林發動機,進行了落地前的減速,然後打開支撐腿,穩穩的落在地面。重型獵鷹火箭的助推器肩并肩着陸,無疑是航天曆史上最具有科幻性的一幕。科技給了我們無限可能,但是去實現這種可能,從來都不是簡簡單單的事情。目前世界上還沒有其他公司實現火箭的一級回收,說明這種技術看起來簡單,但是并沒有那麼容易玩的轉。
由于火箭是在日落後不久發射的,因此火箭很快就飛到了晨昏線以上,飛到了陽光可以照耀的地方。這樣火箭噴出來的廢氣,就形成了漂亮的“水母雲”。助推器分離後的點火,形成了更加特别的景觀,因此火箭發射也成為了當地居民的一種休閑娛樂。更加特别的,其實還是此次任務的載荷。
助推器着陸後,應軍方要求,spaceX關閉了火箭發射的直播,因為它的直播裡面會實時顯示火箭的高度速度位置等信息,軍方要求保密。不過此次任務的最終軌道是35800公裡地球同步軌道,因此重型獵鷹火箭的一級榨幹了最後一分運力,沒有回收,與二級分離後直接掉入海中。火箭的整流罩計劃在距離發射地點1496 公裡外的海裡進行回收。
火箭的二級把兩個載荷直接送入同步軌道。此次發射的載荷保密,但是航天網站普遍認為,兩個載荷是CBAS-2 同步軌道數據中繼衛星,還有一個就是LDPE-3A,LDPE(Long Duration Propulsive EELV),也就是長壽命可變軌附屬載荷搭載平台。它其實就是個太空拖車,據推測,LDPE平台幹重在430~470kg左右,可加載310kg左右的燃料。它有6個對接口,每個接口承載質量為320kg,總承載載荷質量為1920kg左右。它還可以為載荷供電,最大供電功率1200W左右。LDPE平台有很強的軌道機動能力,總變軌的速度增量為300m/s左右。它可以攜帶這些載荷在同步軌道活動,進行實驗,還可以通過變軌,把載荷釋放到同步軌道上的不同位置。
此次發射任務的載荷重量未知,但是普遍推斷為3.75噸到4.75噸之間,載荷重量看起來不大,但是這是直送同步軌道的任務,重型獵鷹火箭的一級不回收,就是為了給二級足夠的速度,讓二級用攜帶的有限燃料,把載荷直接送到同步軌道。按照一般的規律,一級分離後,二級會進行第一次點火,把載荷送到300公裡高度的初始停泊軌道。滑行一段時間後,進行第二次點火,擡升軌道的遠地點高度,把載荷送入一個近地點300公裡,遠地點35800的大橢圓軌道,也就是所謂的同步轉移軌道。
一般的同步軌道衛星發射,二級的任務就到此了。二級會與載荷分離。而衛星需要點燃自己的發動機,一步步爬升到35800公裡的同步軌道上去。不過直送同步軌道就不一樣了,進入同步轉移軌道後,二級火箭需要在軌道上滑行将近五個小時,直到飛抵同步轉移軌道的遠地點,也就是距離地球35800公裡的位置。在此期間,二級火箭要穿越地球外部的輻射帶,并保持準确的控制。同時還需要維持二級火箭儲箱的壓力,一方面要防止内部的煤油燃料在太空中凍結,另一方面還要防止内部攜帶的液氧沸騰蒸發。這兩個看似矛盾的要求也是來自太空環境的特殊性。二級火箭在被太陽照射的一面溫度高到讓液氧沸騰,但是背對太陽的一面會低到讓煤油凍結。
到達遠地點之後,二級火箭會進行一次點火,提升軌道的遠地點,也就是所謂的軌道圓化,使得它的軌道距離地面高度都是35800公裡左右。這就是地球同步軌道,在這個軌道上,衛星和其他載荷的軌道周期與地球自轉周期一樣,都是24小時,在地面看來衛星就在天球上的一個固定地點。但是這個軌道資源是有限的。按照國際慣例,每個國家的衛星使用完畢後,都要及時讓出這個軌道資源。二級火箭也不例外。因此把載荷送入同步軌道之後,二級火箭将進行最後一次點火,把它自己送入比同步軌道還高的墓地軌道,從此在那裡完成自己的使命。
因為墓地軌道有大量的報廢同步軌道衛星存在,因此美國軍方也曾經對此很感興趣。2021年發射的LDPE-1,就曾經爬升到比同步軌道高300公裡的墓地軌道。而美國軍方的LDPE-1爬升到這裡,就不知道幹什麼勾當了。要麼是企圖查看别的國家的報廢衛星,要麼就是拿失效衛星測試太空捕獲技術,要麼是借助大型失效衛星掩護,釋放一些小的載荷,在那邊做一些擴展任務。這簡直就是同步軌道的幽靈。
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