小火箭對美國SpaceX絕密軍事發射任務的分析

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共8465字，60圖。預計閱讀時間：45分鐘。

小火箭和大家一起分析一下這家商業航天企業的另外一面，看看這家企業在軍事航天領域的參與程度吧！

本文，小火箭要和大家一起探討如下5個問題：

翹楚

不過，在說軍事應用之前，我們可以先了解一下SpaceX公司的核心技術。

作為一家被全世界很多人所熟知的商業航天企業，SpaceX成為了眾多民營企業的標杆和羨慕對象，同時也是人類太空探索的某些技術的擔當。

小火箭稍微概括一下，SpaceX公司目前掌握有5項關鍵技術：一級運載火箭的可重複使用技術、貨運飛船的可重複使用技術、重型運載火箭技術、高密度發射技術和液氧甲烷發動機技術。

先說高密度發射：在剛剛過去的2017年里，SpaceX公司發射了18枚火箭，佔美國總發射次數的62.1%（美國在2017年共發射了29枚火箭）。

這是什麼概念呢？中國2017年全年運載火箭發射數量同樣為18枚。

按發射次數，2017年的航天六強是：

美國（29）、俄羅斯（20）、中國（18）、歐空局（9）、日本（7）、印度（5）。

（排名按次數分先後）

做個假設，如果SpaceX公司獨立在某不知名小島上註冊，單獨來算的話，航天六強就得重新排名了：

俄羅斯（20）、中國（18）、SpaceX（18）、美國（11）、歐空局（9）、日本（7）。

SpaceX公司與中國並列第2，超過了美國，相當於歐空局的2倍。

說起SpaceX公司（國內大多譯作：太空探索技術公司），我們第一印象或許就是他們的獵鷹-9號運載火箭了。

北京時間公元2017年3月31日清晨6點27分（美國東部時間3月30日傍晚18點27分），SpaceX公司的一枚獵鷹9號火箭將一枚盧森堡SES SA公司的商業通信衛星送入太空軌道。

這次發射，使得SpaceX公司再一次給人類太空探索技術史豎立了一塊里程碑：有史以來，第一次使用一枚回收利用的火箭成功發射衛星。

詳細的分析和計算，參加小火箭的公號文章《SpaceX可回收火箭技術與成本分析》。

獵鷹9號火箭上的默林液氧煤油火箭發動機採用燃氣發生器循環。該發動機是美國在進入21世紀後，從頭開始研製的少有的火箭發動機之一（其實能夠排的上號的就兩個，第一要數洛克達因RS-68液氫液氧發動機，第二就是默林1D發動機了）。

和傳統的貨運飛船一樣，龍飛船也依靠遍布周身的不同朝向的噴口在太空中進行姿軌控。

是不是感覺龍飛船四周的噴口有些多？是的，龍飛船一共用了18台姿態控制推進器。

這是冗餘設計思想的又一個體現（獵鷹9號火箭的一級9台發動機也是冗餘設計）。18台姿態控制推進器中，任意2台出現故障，都不會明顯影響龍飛船的姿軌控能力，飛船可繼續安全地執行任務。

上圖為貨運版龍飛船的一組姿軌控發動機（5台1組）。

正在德克薩斯州測試基地進行測試的貨運版龍飛船姿態控制發動機編組（5台1組）。

SpaceX公司的猛禽液氧甲烷發動機項目，在2009年立項，到2015年，研製成功，出廠。

2016年1月份，美國空軍對液氧甲烷發動機技術表現出了濃厚的興趣，給SpaceX公司注資3360萬美元，要求入股猛禽液氧甲烷發動機項目。

SpaceX在該項目中的投入估值為6730萬美元，基本上保證了商業航天企業與美國軍方的投入比例為2:1。

2016年9月25日，在美國德克薩斯州，猛禽液氧甲烷火箭發動機首次點火成功。這款海平面比沖330秒，真空比沖375秒，真空推力高達1900千牛（是現役梅林1D液氧煤油發動機最大推力的2.08倍）的發動機將會成為SpaceX公司星際航行任務的動力來源。

如今，全球有3家商業航天公司擁有自己的液氧甲烷發動機技術，其中兩家在美國，分別是SpaceX和藍色起源，第3家在中國，名為藍箭。

重型獵鷹運載火箭的近地軌道設計運載能力為63.8噸，火星軌道設計運載能力為16.8噸。

如今，紅色特斯拉跑車已進駐重型獵鷹火箭的整流罩，火箭本身也已經完成了地面靜態點火測試。期待今年上半年的刷新現役運載火箭運載能力的發射吧！

軍用

迄今為止，在人類工程技術發展史上，幾乎沒有任何一項尖端技術能夠被軍方所忽略。

而且不管這項技術的初衷到底是用於提升人類的生活質量還是僅僅用來滿足人類的好奇心，最終這些傢伙大多都被拿來用於增強軍隊的作戰效能了。

獵鷹9號運載火箭同樣不能例外。

2015年，美國空軍的人找到SpaceX公司，開始認真探討用獵鷹9號運載火箭發射美國軍用間諜衛星和其他絕密空間飛行器的可能性。

美國空軍考察了SpaceX公司的發射場：位於肯尼迪航天中心卡納維拉爾角的39A發射工位（當年阿波羅計劃的土星5號運載火箭大多在這裡起飛，大量太空梭的任務也是在這裡啟航的，詳見小火箭的公號文章《厲害！龍飛船復活美國塵封多年太空聖地》）。

這個發射場被稱作美國的太空聖地，自然能夠通過美國空軍的發射場考核。

卡納維拉爾角發射場在美國東海岸，火箭通常的射向為東和東南。其他射向的軍用發射需求該怎樣解決呢？

沒事，SpaceX公司在美國西海岸也有發射場。

而且，這座發射場就是租用的美國空軍范登堡空軍基地的，因此同樣可以免於審查。

上圖為美國空軍最後一枚大力神4號運載火箭在范登堡空軍基地發射場發射時的場景。該火箭由洛克希德·馬丁公司研製。這是發射報價高達4.32億美元到4.5億美元的天價火箭的告別之旅。

小火箭風格：上圖攝於2005年10月19日協調世界時18點05分。

具體的載荷為美國軍方絕密載荷。通過各方小火箭好友幫助，載荷對外代號確定為USA-186。實際上，這是美國鎖眼系列偵察衛星KH-11。

其實，軌道參數我們也是能夠拿到的：

近地點255.8公里，遠地點1006.1公里，軌道傾角97.88°。

這是後話了，小火箭以後會和大家詳細聊美國軍方具備高清照相與攝像能力的偵察衛星系列的。

然後，SpaceX公司有沒有進行夜間發射的能力呢？

夜間發射能力？哈哈哈，有的，有的。

有圖為證。這是一枚獵鷹9號火箭於2012年5月份在卡納維拉爾角發射場升空時的場景。

說起照片，小火箭覺得多放一張也無妨吧！

上圖為一枚獵鷹9號運載火箭在卡納維拉爾角發射的場景。攝於2015年3月2日。

如此這般之後，美國空軍確定了SpaceX公司發射軍用衛星的能力。

總體來說，SpaceX公司的發射場要麼是美國歷史上功勛卓著的發射場，其保障系統和管理體系幾十年來經受住了考驗；要麼就是美國空軍自己的發射場，知根知底。而測控系統又是美國空軍自己把控的，一切看起來蠻妥當的。

於是，2015年5月，美國軍方授予SpaceX公司執行絕密軍事發射任務的資質。

咦？難道對火箭本身不好好考察一番么？

不必了！

原因何在？且聽小火箭慢慢道來。

青梅

遙想三國時期，曹操青梅煮酒論英雄。他突然手指劉備，大聲感慨：

天下英雄，唯使君與操耳！

玄德聞言，吃了一驚，手中所執匙箸，不覺落於地下。時正值天雨將至，雷聲大作。 玄德乃從容拾箸曰：「一震之威，乃至於此！」

（關鍵數據來源：《三國演義》，手動問號臉。）

其實，對於美國的軍事發射任務來說，情況極其類似。想當年，縱觀美國軍工體系，能夠有能力接下美國軍事發射中的大型衛星和系列化衛星任務的，也就只有洛克希德·馬丁和波音兩家了。

洛克希德·馬丁的大力神IV運載火箭能力不錯。執行過不少軍事發射任務，其中就包括鎖眼偵察衛星。

而洛克希德·馬丁的宇宙神系列運載火箭同樣接過不少軍星發射任務。

波音則憑藉其德爾塔系列運載火箭在包括GPS衛星在內的軍星發射任務中與洛克希德·馬丁平起平坐。

長期以來，雖然兩家公司都掌握了高精尖的技術，但是在面對美國軍方，這個唯一的絕密軍事任務大甲方來說，他們並沒有什麼議價權。

反而是美國空軍，憑藉招標的形式，次次壓價，要求多多，嚴重影響了兩個大集團的盈利能力。

於是，兩大集團一商量，既然天下英雄，唯使君與操耳！乾脆不要互相傷害，一起團結起來掙錢豈不美哉！

2006年12月，波音公司率先划出所有涉及美國軍事發射任務的部門，幾乎同時，洛克希德·馬丁公司跟進。

可見，對於軍火貿易和涉及軍事領域的技術諮詢和發射服務來說，各大軍火巨頭之間，乃至軍事巨頭與民間企業之間雖有相互競爭的情形，但是面對美國軍方這樣的強勢買家，又出現了相互融合的趨勢。

兩大集團的軍事載荷發射業務部門和相關技術團隊合併後，成立了聯合發射聯盟。

全球第1大軍火巨頭洛克希德·馬丁公司與全球第2大軍火巨頭波音公司，就這樣，為了應對美國空軍，讓他們的軍事航天器發射業務，合！並！了！

原屬波音，現屬聯合發射聯盟的重型德爾塔IV運載火箭在發射時的烈焰彷彿在訴說著2006年之前所受到的委屈。

原屬洛克希德·馬丁，現屬於聯合發射聯盟的宇宙神V運載火箭終於開始成為盈利大戶。

在2006年到2016年這長達十年的時間裡，美國國防部、美國空軍、美國國家航空航天局NASA及其他政府機構的大型航天器的發射業務被聯合發射聯盟所壟斷。

這就是為什麼宇宙神和德爾塔運載火箭的發射報價動輒就是1.7億美元甚至高達4.5億美元的部分原因。

上圖為2007年，美國聯合發射聯盟用德爾塔IV重型運載火箭為美國空軍發射DSP-23彈道導彈防禦系統預警衛星時的場景。（有關這種類型的衛星，詳見小火箭的公號文章《美國天基紅外導彈預警衛星的8個問題》）

這是聯合發射聯盟的業績突飛猛進的十年；這也是美國空軍、美國國防部乃至美國情報部門無法進行招標，只能接受現有報價的十年。

這個局面直到2016年才開始真正改變。

還記得2015年，美國空軍就開始試著和SpaceX公司接觸，並正式賦予其軍事載荷發射資質的事情吧！

2016年，美國空軍終於又有了招標的能力。他們準備讓聯合發射聯盟（洛克希德·馬丁和波音聯合後的壟斷集團）與SpaceX公司競標。

當時正值烏克蘭局勢不穩的時候，不知是SpaceX的人還是美國空軍的人亦或是正義感爆棚的人，向國會遞交了一份材料。

其核心思想就是鑒於局勢的情況，應當考慮不再允許美國企業使用俄羅斯的RD-180火箭發動機。

這一招太有殺傷力了。

要知道，聯合發射聯盟性價比最高的運載火箭就是宇宙神V。該款火箭之所以能夠大量盈利，關鍵就在於其第一級使用了性能出色而價格比美國自主研發的火箭發動機低很多的RD-180液體火箭發動機。

（詳見小火箭的公號文章《這才叫剁手！歐美瘋狂搶購蘇聯導彈與火箭發動機》）

聯合發射聯盟受到國會質詢後，對未來能否持續使用RD-180不敢確定。而如果換用其他發動機的話，其發射報價會上浮40%！

熟悉世界運載火箭報價體系的好友應該知道，宇宙神V運載火箭發射軍星的報價通常在1.6億美元到1.8億美元之間。

而如果在2016年3月份和4月份，大家比較關注SpaceX公司的動態的話，就可以知道，SpaceX公司悄悄釋放出了這樣的信號：即使是軍事衛星發射，其報價也絕不會高於1億美元。

得知消息的聯合發射聯盟，直接放棄了競標。

2016年4月28日，美國空軍把最新的一份價值8270萬美元的GPS衛星發射合同簽給SpaceX公司。這象徵著聯合發射聯盟在美國長達十年的壟斷地位終結。

商業航天首次在正面PK中幹掉了由全球排前兩位的兩大軍火巨頭組成的壟斷聯盟。

2017年3月15日，SpaceX公司又和美國空軍簽下了一個9650萬美元的單子。這是在2019年為美國空軍發射一顆GPS-III衛星的報價。

SpaceX公司兌現了承諾，報價不超過1億美元。不過，實際上他們依然是很賺的，因為商業發射的話，獵鷹9號運載火箭在今年（2018年）的報價為6200萬美元。

初嘗

小火箭認為，那種無法抗拒又甘願隨之陷入螺旋的夢幻與沉淪，或許就是SpaceX公司投入軍事發射業務中的感受吧！

實際上，SpaceX初嘗這青梅之味道，是在2017年。

公元2017年5月1日上午11點15分，一枚獵鷹9號運載火箭從卡納維拉爾角發射場39A工位點火升空。

SpaceX公司並未切斷髮射過程的直播。但是，如果大家細心看的話，會發現一個有趣的現象：

每次發射，SpaceX都會向全世界直播整個過程。

不過，這次發射，SpaceX特意切斷了二級火箭點火後的所有畫面，無縫接入了一級火箭返回過程的畫面。也就是說，我們無從得知該星入軌前的情況，甚至不知道這枚獵鷹9號二級火箭的全部工作情況。

從這時起，SpaceX公司算是找到一些平衡商業發射與軍事發射的道道。通過這種比較巧妙的方式，既滿足了公眾對觀看發射直播的需求，又滿足了軍方比較變態的保密要求。

這枚火箭裡面，並不是美國的GPS衛星，而是一顆絕密軍事衛星。

該衛星對聯合國上報的編號為USA-276。（凡是以USA開頭的，都僅僅報個名字和編號，不給出詳細介紹。）

美軍內部代號為NROL-76。

NRO是美國國家偵察局的縮寫。其總部位於美國維吉尼亞州（見上圖）。

該局是美國16個情報機構之一，核心業務為運營和管理美國的軍事偵察衛星，負責運作在世界各地的地面站，用於收集並發布來自偵察衛星的情報。

美國國偵局與中央情報局（CIA）、美國國家安全局（NSA）、美國國家地理空間情報局（NGA）、美國國防部高級研究計劃局（DARPA）、美國戰略司令部、海軍研究實驗室等機構有廣泛而深度的合作。

這是美國國偵局在2012年4月5日調用偵察衛星拍攝的敘利亞某地的情況，其解析度相當高。

那麼，SpaceX公司發射的這顆美國國偵局的NROL-76衛星到底是做什麼用的呢？

咱們只能根據各方好友提供的信息來進行分析了。

首先，小火箭從任務徽章里看出了該星的不同。

正常情況下，軍事偵察衛星的任務徽章的畫風是這樣的：

又比如上圖這張美國國偵局NROL-39的任務徽章。巨大的章魚觸角將地球環抱住。怕大家看不明白，下面還寫了一句話：

吾無所不能及也

（嗯，好像最近小火箭的畫風就是這樣了，有其他更好的翻譯，歡迎留言哈！）

（小火箭這麼猜的依據是：任務徽章上面那隻章魚的眼睛是閉著的，而且周圍沒有輻射出光芒線條，這表示並非 可見光。而章魚的觸角上密布的吸盤則應該是對合成孔徑雷達的一種隱喻。）

那麼，SpaceX公司發射的NROL-76衛星的任務徽章能否拿到，是什麼樣子，又有什麼象徵呢？

感謝小火箭好友的傾情提供，我拿到了NROL-76的任務徽章：

三個單詞：探索-發現-了解。

有點兒知行合一的感覺。

哈！有不同！這回的任務徽章是一對南北戰爭軍人打扮的好朋友！

右邊那位好理解一些，望遠鏡么，代表光學偵察系統。鏡筒很長，說明光學設備應該是視場窄但解析度高的配置。

左邊那位大哥，拿著獵槍。這是要搞衛星版本的察打一體么？

仔細看看，又想了想，不是的。

獵槍只是身份代入，重點應該是獵人頭頂那隻小鳥。

鳥，讓小火箭想到了伴飛。而兩個人，一隻鳥，三雙眼睛，又讓我想到了配合。

自從2017年5月1日NROL-76衛星上天以來，好奇心一直驅使著小火箭對其進行深度分析。

然後，機會來了。

抬頭仰望美麗而又深邃的夜空，我們能夠尋找那最亮的星，也能夠偶遇划過的流星和衛星。

上圖就是一顆衛星划過夜空的情形。

在這裡，小火箭暫且不去和大家探討獵戶座、昴星團，也不去展開說明通過轉瞬即逝的軌跡反推星體軌道參數的具體計算方法（其實小火箭在公號文章《小火箭講述人類發現小行星的傳奇過程》里已經提過數學王子高斯相關的計算方法了。只不過藉助小火箭計算中心的強大計算能力和我們分析數據和推算公式的一些耐心，可以做得更好一些。）

通過計算，然後查找這些年來的發射記錄，比對後，認定這的確是一顆人造地球衛星，而且還真是美國國偵局的。

小火箭風格：

其軌道參數為：

近地點292.1公里，遠地點894.3公里，傾角97.71°。

這是美國在1996年發射的NROL-2間諜衛星。

當然，結論是讓我們感到非常有趣的：

這個距離實在是太近了。簡直是要進行交會對接的節奏。

按照美國宇航局NASA一直以來的風格，發生這樣的事情非得搞出個大新聞來不可。但是，這一天就這樣平平淡淡地過去了。

讀過小火箭空間站系列文章的好友或許還記得。小火箭在《太空探索的三種風險》一文中說過國際空間站擁有躲避大塊太空垃圾的緊急變軌能力。

像NROL-76這種需要獵鷹9號運載火箭才能發射到近地軌道上的衛星，其體量妥妥地處於美國X波段雷達的探測能力之內。

那麼，國際空間站躲避了么？

查找當日的國際空間站運行軌道參數記錄，小火箭並未發現有什麼異常動作。

那麼，幾乎就剩下了一種解釋，而這種解釋也就剛好印證了之前小火箭對任務徽章的猜測：

考慮到國際空間站和中國未來即將發射的長期在軌的空間站的情況，甚至是現如今正有中國的空間站在太空運行的事實，不禁有些細思恐極。

當然，這也可能只是在杞人憂天吧。

（真實情況以後續判斷為準，此處僅為對技術本身的猜測，切勿陷入陰謀論吧。）

再品

SpaceX通過發射NROL-76絕密任務軍事衛星初嘗了軍事航天青梅之味。

協調世界時2017年9月7日14點00分00秒，也就是SpaceX公司完成軍事發射第一單4個月後，一枚獵鷹9號運載火箭攜帶一架X-37B空天飛行器點火，然後升空。完成了該公司軍事絕密發射任務的第二單。

上圖是X-37B準備執行第5次空間任務前的準備情況。

X-37B可以說是美國軍方相關的航空航天項目中密級最高的。即使是小火箭，也是基於來自全球各個地方的觀測和少有的數據進行反向建模，通過大量計算才有了《小火箭聊X-37B空天飛行器》這篇報告。

而這次發射，雖然美國對外聲稱是USA-277任務，但是我們幾乎可以斷定就是X-37B的第5次空間絕密任務。

這是一個標誌性事件：密級如此之高的軍方任務交給了美國商業航天企業SpaceX公司的獵鷹9號運載火箭來完成。這是美國商業航天進一步興起的象徵。

公元2017年5月7日12點，X-37B結束了第4次空間試驗，在當年太空梭的主廠區自主著陸成功，結束了其持續時間長達717天零20小時的太空飛行。身著防護服的地勤人員正準備將剩餘的一甲基肼燃料抽空。

X-37B共生產了2架，共執行完畢4次空間任務，正在執行第5次空間任務。

其任務細節涵蓋了四大關鍵技術：垂直起飛水平自主著陸技術、空間變軌技術、與非配合目標的對接技術、高超聲速飛行器再入防熱技術。

未來，X-37C的載人版計劃或許能夠得到實現。或者換個角度來看，即使X-37項目在當時戛然而止，其技術驗證的目的其實也已經實現了。

小火箭對X-37B的機翼做了精細建模，發現其在前緣鈍度約束條件下，通過適當的設計，使其整體氣動性能滿足了設計條件，保證了X-37B在Ma 0.78至Ma 1.52之間的升力係數斜率不小於0.0249的條件，保障了X-37B的著陸安全。

上次X-37B在近地軌道飛行了717天才回來，也不知這次她什麼時候回來。

三試

SpaceX公司的第3次絕密軍事任務的執行，就要在近幾天完成。

這顆衛星的秘密被保護得非常好。

從得知細微的消息到現在，小火箭也只是知道了9件事情：

這些天，小火箭找遍88個星座，也沒能發現跟上圖左上角的亮星有相匹配的樣式。

不過，我有個想法，不知各位好友是否認同。那就是：這些星是跨越星座的幾顆亮星的組合。仔細查找了星圖後，我發現了有相似的星區，於是就截取了其中的一部分。

小火箭在全天區星圖用肉眼苦苦搜尋了幾個晚上之後，認為上上圖的組合是目前找到的最符合此次任務徽標的：天狼星、參宿五、南河三、婁宿三、北河三、星宿一。

我把這六顆星標上了藍色圓圈，算是拋磚引玉吧！期待對天文學有研究的好友指教。

第四：該衛星是由全球第4大軍火巨頭諾斯羅普·格魯曼公司研製的。

第五：很有可能是美國國偵局的衛星。但是，從美國國偵局專門發聲明進行否認來看，實際情況有些複雜。

第六：通常，SpaceX公司會提前一年把全年的發射計劃向全世界公布。畢竟，這是商業航天企業需要做的事情，同時也符合現代太空探索活動的慣例。但這次發射，僅僅提前1個月公布，非常突然。

第七：這顆衛星非常貴。如果真的是美國國偵局的旗艦級別的大星，其價格會在10億美元以上。即使不是美國國偵局的星，從陣仗和小心翼翼的程度來看，價格也會為數億美元。也就是說，這顆衛星的價值或許相當於10枚獵鷹9號火箭甚至更多。

第八：發射前臨時更換髮射架，很神奇。該星原計劃是在卡納維拉爾角39A工位發射的，後來突然決定改在40工位發射。

第九：這顆衛星的軌道參數或許是：近地點200多公里，遠地點1599公里到1900公里之間，軌道傾角51.6°左右。

結束語

根據美國方面的統計，到2030年，美國軍事航天發射訂單的總額會高達700億美元。換句話說，在可預見的將來，軍事發射的市場規模有可能會超過科研發射和商業發射。

當我們當年感慨SpaceX接到的NASA給予的16億美元的國際空間站貨運訂單的時候，或許有些激動得太早了。這些軍事訂單的加入，才終於讓SpaceX公司展開了一張笑臉。而在那歪歪的嘴角處，會露出一顆尖尖的小虎牙兒。

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