獵鷹重型火箭結構大揭秘

知識 02-08

作者：錢航

中國科學院國家空間科學中心博士現運載火箭技術研究院總體設計部型號設計師

北京時間2月7日凌晨4:45，千呼萬喚始出來的獵鷹重型火箭在美國佛羅里達州卡拉維拉爾角肯尼迪航天中心功勛的39A發射平台上發射升空。據說，它是目前世界上最強大的火箭,運載能力是第二名的兩倍。

那麼，關於獵鷹9號火箭你知道多少？獵鷹重型火箭與獵鷹9號有什麼區別？獵鷹重型火箭的發射成功又意味著什麼呢？

特斯拉跑車鏡頭

此次發射的獵鷹重型火箭，將該公司創始人馬斯克個人的一輛櫻桃紅特斯拉跑車送上天，這輛跑車最終目的地將是火星軌道，如果不出意外，它估計將在宇宙待上10億年之久。而隨獵鷹重型火箭送上天的跑車裡面播放的《太空怪人》"Space Oddity"是英國搖滾傳奇大衛·鮑威為人所知的第一首歌。歌詞是這樣的：「地面指揮呼叫湯姆船長……檢查點火裝置，願上帝與你同在（祝你好運）……我想我的飛船知道該奔向何方……告訴我的妻子，我愛她，她知道的……」兩年前，大衛·鮑威在家人的陪伴下安然離世。當時，加拿大前宇航員克里斯·哈德菲爾德在社交網路推特上發文向這位音樂傳奇人物致敬，並在國際空間站上演唱了這首歌曲。如今，太空探索公司首席執行官埃隆·馬斯克仍然把這首歌帶入未知的太空，恐怕不僅僅是致敬而已。

本次載荷——特斯拉 Roadster 跑車

獵鷹9號火箭型號揭秘

太空探索公司比較成熟的產品是獵鷹9號火箭。該火箭是一款兩級運載火箭。採用液氧煤油發動機。其中一級採用9台梅林發動機，呈圓形分布，其中8台在同一分布圓，第九台在中心位置；二級採用一台梅林真空發動機，相對於一級，二級使用的梅林發動機為提高效率噴嘴有所放大。一級為可回收狀態（包括一級發動機與級間段）。

根據載荷不同，載荷可以放到整流罩或者龍飛船里發射，但是一級、二級完全相同。龍飛船目前只有貨運飛船，將來會有載人飛船，並且龍飛船也可重複使用。

整流罩尺寸為直徑5.2m，高度13.2m

整流罩內部空間尺寸

整流罩為兩半罩結構，採用鋁蜂窩碳面板夾層結構，其中鋁蜂窩厚度約為25 mm（1in）。

整流罩殘骸

其中貨運飛船已經過多次飛行，載人飛船還處於研發試驗中，未經過飛行驗證。目前生產裝配一個龍飛船的時間為3個月左右，目前正在優化工藝，縮短製造時間。

載人飛船

貨運飛船

獵鷹重型火箭與獵鷹9號有什麼不同

獵鷹重型火箭高70米（約20層樓高），寬12.2米，起飛重量1420噸，標稱近地軌道運力高達63.8噸，約等於一架滿載的波音737飛機。它是全球首款可重複使用的重型運載火箭。

獵鷹重型是在獵鷹9號基礎上發展而來的，其中整流罩與獵鷹9號相同，二級使用相同的發動機，結構材料相同。一級使用3個芯級並聯組成，即共有27個梅林發動機，側芯或助推器連接在中心芯級的液氧罐的底部和頂部，每個芯級相當於獵鷹9號一級，均可重複回收使用。在發射時產生22,819千牛（513萬磅）的推力，起飛後不久，中心芯級降低推力，在側芯或助推器分離後，中心芯級發動機再次完全推進。與獵鷹9號相比，獵鷹重型的三個第一級芯級和第二級芯級貯箱也均由鋁鋰合金製成，但是結構承載安全係數由1.2增加為1.4。普通的獵鷹9號火箭主要是為了短途發射任務設計，而獵鷹重型運載火箭未來的目標是能夠成為人類前往月球或火星的主要途徑。

太空探索公司方面表示發射後獵鷹重型的3枚一級火箭（其中包括兩枚助推器）將全部回收，其中兩枚將在肯尼迪航天中心同步降落，第三枚芯一級火箭將降落在海上回收平台。由於重複使用等技術的運用，這樣一枚大型火箭的單次發射報價為9000萬美元，比獵鷹9號貴了45％。

獵鷹重型火箭發射容易嗎？

在正式發射前，太空探索公司已經做了大量的準備和模擬工作。1月份，獵鷹重型火箭完成靜態點火測試，該試驗原計劃持續12秒，主要驗證火箭的點火時序，振動情況和推力平衡情況。靜態點火（Static Fire）試驗，又稱系留點火試驗，是一種火箭發射前的預先點火試驗。獵鷹9號和獵鷹重型都採用了典型的牽制釋放裝置，而這種裝置也是獵鷹9號能夠進行靜態點火的必要條件，因為點火後火箭推重比（火箭推力與重力的比值）一旦大於1，火箭就會離開發射架，所以必須有裝置「拽」住火箭。目前世界現役的運載火箭中，僅有獵鷹9號等少數火箭設計有靜態點火環節。相對於實際發射來講，獵鷹9號的靜態點火可以說是除了拽住火箭沒讓飛之外什麼都做了。但即便如此，直到實際發射之前，我們也無法知道火箭如何在空中表演。