[圖+視頻]SpaceX重型獵鷹來襲
重型獵鷹運載火箭(Falcon Heavy)今年一旦發射,它將成為世界上最強大的服役火箭。它近地軌道載荷可達54噸(119000磅),相當於一架滿載乘客、船員、行李箱和燃料的波音737噴氣式客機的質量。重型獵鷹的有效載荷是僅次於它的三角洲4號火箭(Delta IV Heavy)的兩倍以上,成本卻僅為其三分之一。
上面這段視頻是SpaceX公司於2015年1月27日發布的重型獵鷹宣傳片,展示了重型獵鷹進入低地球軌道,隨後實現三個火箭助推器分步著陸回收的過程。
重型獵鷹火箭繼承了獵鷹9號運載火箭(Falcon 9)的經驗與可靠性。其第一級由三個獵鷹9號引擎內核組成,其中27台梅林引擎(Merlin engine)的共同推力達500萬磅(22200千牛),等於18架波音747的推力總和。歷史上,只有在1973年退役的土星5號運載火箭(Saturn V)擁有更多的軌道載荷。重型獵鷹火箭的使命是將人類送往太空,並重塑了人類登月甚至到達火星的可能性。
負載
重型獵鷹火箭將在複合整流罩內裝配大量負載並送進軌道,也可以攜帶龍飛船。
複合整流罩分解圖
第二級火箭
重型獵鷹火箭採用了獵鷹9號經過多次認證的設計,最大限度地減少了多級分離次數、提高了安全性。第二級的梅林引擎與獵鷹9號上的相同,它在主引擎熄滅、第一級核心分離後,將繼續推進載荷進入軌道。第二級引擎可以多次啟動,將載荷部署至各種軌道,包括近地軌道、地球同步轉移軌道(GTO)和地球同步軌道(GSO)。
ENGINE | 引擎 |
1 | 1台 |
BURN TIME | 燃燒時間 |
397sec | 397秒 |
THRUST IN VACUUM | 真空推進力 |
934kN 210,000 lbf | 934千牛/21萬磅 |
第一級火箭
重型獵鷹火箭的第一級由三個引擎核心組成。兩個側核,又稱助推器,與中心核液氧罐的底部和頂部相連。 這三個核心共含27台梅林引擎,會在起飛時產生22819千牛(513萬磅)的推力。起飛後不久,中心核發動機會進入節流狀態;當側核分離後,中心核發動機便會從節流回到全力推進。
CORES | 核心 |
3 | 3個 |
ENGINES | 引擎 |
27 | 27台 |
THRUST AT SEA LEVEL | 海平面推進力 |
22,819kN 5,130,000 lbf | 22819千牛/513萬磅 |
THRUST IN VACUUM | 真空推進力 |
24,681kN 5,548,500 lbf | 24681千牛/555萬磅 |
三個「9引擎」內核
重型獵鷹火箭共有三個引擎核心,每個核心都是九個梅林引擎的集群。這些引擎共同為重型獵鷹提供動力,使其成為世界上最具成本效益的重型運載火箭。配有27台第一級引擎的重型獵鷹,擁有著其他運載火箭無可匹敵的緊急引擎故障應對功能——在滿載的情況下,如果一台甚至多台引擎在某個飛行點熄滅了,它仍可以順利完成任務。
核心/引擎布局
技術指標
世界上最強大的火箭
各國火箭,到達近地軌道的載荷對比。
重型獵鷹運載火箭起飛時推力可達500萬磅(22200千牛),很快將成為世界上最強大的服役火箭。這個推力相當於十八架波音747全力推進。以下是根據歷史發布數據製成的世界現役大型運載火箭的比較圖。重型獵鷹可將一架滿載乘客、船員、行李箱和燃料的波音737噴氣式客機送進軌道。只有1973年退役的土星5號運載火箭可與其匹敵。
整流罩
SpaceX的有效載荷整流罩是SpaceX公司內部研製的複合材料結構,用於重型獵鷹和獵鷹9號火箭。它可在運輸途中保護衛星安全抵達軌道,包括近地軌道(LEO),地球同步轉移軌道(GTO),甚至更高。整流罩高13.1米(43英尺),寬5.2米(17英尺),由鋁製蜂窩芯和碳纖維面板組成,分為兩個半殼(見圖一)。
來自:http://www.spacex.com/news/2013/04/12/fairing
在第一級火箭分離、第二級火箭切斷之前,兩個半殼垂直接合縫間的氣動系統會打開以部署衛星。第二級火箭會推動衛星進入軌道,然後釋放。
梅林真空引擎
重型獵鷹(重型獵鷹和獵鷹9號第二級設計相同)的第二級火箭由單個梅林真空引擎驅動,該引擎與第一級的引擎非常相似,只是調整為在真空中運行。像主要的梅林引擎一樣,真空引擎是由SpaceX內部設計和製造的。引擎設計為可持續燃燒約六分鐘,可根據需要多次關閉並重新啟動,以便將不同的載荷送進不同的軌道。引擎位於火箭的級間(第一級和第二級之間)。
火箭級間的外部構造與內部透視圖(含梅林引擎)
柵格翼
重型獵鷹的第一級火箭配備了超音速柵格翼,可以在第一級回收折返期間操控其升力的方向。
重型獵鷹結構
來源:http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-structure
重型獵鷹第一級火箭的三個引擎核心和其第二級火箭的外壁均由鋁-鋰合金製成。添加鋰後,材料變得比純鋁更強、更輕。重型獵鷹能承受超過預期40%的結構載荷,也就意味著它有40%的餘地保證結構安全,而其他大多數運載火箭只有25%的餘地。
每個核心和第二級火箭實際上都是用於存儲引擎燃料的大型儲罐。每個儲罐和密封儲罐的圓頂都是完全由SpaceX製造,使用SpaceX定製的攪拌摩擦焊機以保證最強最可靠的焊接技術。火箭結構也由SpaceX內部研製而成。
著陸腿
來源:http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-landing-legs
重型獵鷹火箭被設計為可完全回收。中央芯級和兩側助推器都攜帶著陸腿,起飛後可使每個核心安全地降落在地球上。在兩側助推器分離後,它們的中心引擎將燃燒並控制助推器的軌跡,使其安全遠離火箭。當助推器回到地球,著陸腿將會展開,使助推器輕輕降落在地面。中央芯級將繼續推進,直到第一級分離,之後它的著陸腿也會展開並返回地球。
著陸腿由最先進的含鋁蜂窩芯的碳纖維製成。在起飛期間,四條著陸腿貼著核心兩側放置,著落時向外展開。
圓形布局
來源:http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-octaweb
重型獵鷹火箭的三個核心的27台梅林引擎排列成名為「Octaweb」的結構——八個引擎圍繞每個核心的一個中心引擎。
現在九台梅林引擎的Octaweb布局是之前九宮格(3*3)布局的改良版。Octaweb是一種金屬結構,它支持著火箭基座上圍繞中心引擎的八個引擎。這種結構簡化了引擎的設計和組裝,也使製造過程更加流暢。
梅林引擎
來源:http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-merlin-engines
推動著重型獵鷹第一級火箭的梅林引擎是由SpaceX開發的,採用了以往空間引擎的設計。梅林引擎設計核心在於其軸針式噴油器,它最開始應用於阿波羅月球登陸艙。九引擎架構也是阿波羅計劃中土星1號和土星5號火箭所採用的改進版本。雖然阿波羅任務中的引擎曾莫名熄滅 ,但它仍有相當完美的飛行記錄。
有液氧和火箭煤油作為推進劑,一台梅林1D引擎在起飛時可以釋放845千牛(19萬磅)的推力,在火箭衝出大氣層後,推力可上升到914千牛(20.6萬磅)。引擎的真空比沖(用于衡量火箭或飛機發動機效率的重要物理參數,定義為單位推進劑的量所產生的衝量)非常高,為309秒。梅林引擎的推力重量比超150,這使它成為最有效的增壓發動機,同時仍保證搭載宇航員所需的結構和熱安全性。梅林引擎是SpaceX內部製造的。(翻譯:Gingerbrad 校對:柯寧)
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