一箭24星，「重鷹」升空執行「最難」發射任務，芯級再「落敗」

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【綜合消息】太空探索公司的「重型獵鷹」運載火箭6月25日在卡納維拉爾角NASA肯尼迪航天中心執行了美國空軍代號為「空間試驗計劃」（STP）2的發射任務，一舉發射了24顆科研和氣象觀測衛星。火箭於美東部時間2時30分（北京時間14時30分）點火起飛。整個發射過程要歷時超過6小時，需把所載衛星送入三條不同軌道，被太空探索公司創始人和首席執行官馬斯克稱為該公司「迄今難度最大的一次發射」。最後一顆衛星從火箭上分離出去的時間約為起飛後3小時34分。

本次發射2012年就已簽約，最初定於2015年年中進行，但因「重鷹」研製工作出現延誤以及2015和2016年「獵鷹」9的兩起事故而幾度推遲。這是「重鷹」第三次升空，也是其第二次真正用於衛星發射和首次承擔政府發射任務。該箭去年2月6日在肯尼迪航天中心成功進行了首飛，但當時並未載帶付費客戶的有效載荷，而是把一輛特斯拉電動跑車送入穿行於地球和火星之間的一條日心軌道。今年4月11日，「重鷹」首次正式用於衛星發射任務，發射了「阿拉伯星」6A通信衛星。本次發射選在夜間進行是考慮到有效載荷在入軌過程中的熱控要求。

本次發射也是「重鷹」的首次舊箭復用飛行，所用兩台側捆助推器正是上次發射的回收箭，但芯級是一枚新箭。在本次發射中，它們分別在海上平台和發射台附近的陸地平台上實施了著陸回收，其中兩台側捆助推器的陸上返場回收再告成功，而芯級則在海上回收平台附近落水，再次無緣成功回收。「重鷹」首飛時的芯級落船回收就因差之毫厘而以失敗告終。在4月份的第二次發射中，芯級雖在海上平台上成功著陸，但卻在返航途中因海上風浪太大而翻倒。本次發射芯級海上回收地點距發射場約1240公里，是太空探索公司火箭著陸回收距離最遠的一次。

美國空軍同意用飛過的舊箭來進行這次軍星發射是要讓軍方官員熟悉太空探索公司的火箭回收和整修程序。太空探索公司此前已用舊箭進行過21次（22台次）發射，並全部取得成功，攜帶的是NASA和商業用戶的有效載荷。

加上一顆將在星箭分離後由母體衛星部署的子星，本次發射所攜帶的衛星數量為25顆，包括13顆為立方星，其中有2顆的情況暫不得而知。已知的23顆衛星是：

1）「驗證與科學實驗」（DSX），曾稱「展開式結構實驗」，又稱「空間科學技術實驗」（SSTE）4，美國空軍研究實驗室技術試驗衛星，由內華達山脈公司研製，設兩個公用艙，裝在環形結構的「漸進一次性運載器（EELV）次級有效載荷適配器」（ESPA）上，不同適配器分離，而把適配器作為搭載高性能中小型衛星的平台，用於開展科學研究和展開式結構技術試驗，重約700公斤。星上搭載了NASA的「空間環境試驗台」（SET）。該星將穿越地球輻射帶，利用所載儀器測定甚低頻無線電波對空間輻射的影響、空間天氣條件以及輻射對電子設備和衛星材料的影響。

2～7）「氣象、電離層與氣候星座觀測系統」（COSMIC）2-1～6，中國台灣「國家太空中心」與美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）合作的對地觀測衛星，又稱「福衛」7A～F，採用GPS掩星測量技術，用於採集天氣預報以及電離層、氣候和重力研究用的大氣數據，具備GPS、「伽利略」和GLONASS衛星跟蹤能力，測量數據將被納入全球天氣預報部門的數值預測模型。「福衛」7/COSMIC-2是「福衛」3/COSMIC項目的後續任務，性能和精度有所提高，原擬設12顆衛星。這些衛星採用薩里衛星技術公司（SSTL）的SSTL-100平台，有效載荷由NASA噴氣推進實驗室提供，每顆發射重量228公斤，設計壽命5年。中國台灣方面負責衛星設計、採購和總裝及有效載荷安裝，美方負責發射。美國空軍參與了該項目，為前6顆衛星提供了兩種空間天氣有效載荷。另6顆衛星「福衛」7G～L（COSMIC-2B1～6）原定2020年發射，但2017年10月因經費問題被砍。

8）「綠色推進劑注入任務」（GPIM），NASA和鮑爾宇航與技術公司合作的技術試驗衛星，採用由空軍研究實驗室開發的AF-M315E新型低毒硝酸羥胺（HAN）燃料，重約180公斤。與肼等操作危險性很高的常規推進劑相比，AF-M315E操作更安全，費用更低，且性能和效率更高。衛星採用鮑爾的BCP-100平台。星上推進系統由航空噴氣發動機洛克達因公司研製。星上還載有美國國防部的其它實驗性科學有效載荷。

9）「軌道試驗台」（OTB）1，通用原子公司（原薩里衛星技術美國公司）專用於為用戶搭載各類有效載荷的技術驗證衛星，採用SSTL-150平台，可使用戶無需專門花高價採購發射服務，發射重量138公斤，設計壽命5年。星上搭載的有效載荷包括NASA技術驗證用的「深空原子鐘」（DSAC）小型化超精密汞離子原子鐘，其穩定性是現今最好的導航星鐘的100倍。星上還搭載的一件天葬有效載荷，內裝152位逝者的骨灰。

11）「眼睛」（Oculus）ASR，又稱「納星」6，密歇根理工大學航空航天學生社團組織設計建造的納型技術衛星，用於改善和驗證利用地面不清晰圖像確定在軌物體姿態的技術，重70公斤。

12）「鄰近」（Prox）1，喬治亞理工大學技術衛星，又稱「納星」7，配備熱和可見光成像儀，將與所部署的「光帆」B三體立方星配合，驗證低地軌道飛行軌跡自動控制技術，拍攝「光帆」B太陽帆展開過程的圖像，並進行太陽敏感器、小衛星推進系統和輕質熱成像儀技術試驗，重約60公斤。它將測試一台3D列印推力器和一個小型化陀螺儀。

13）「光帆」B，美國行星學會三體立方星技術驗證衛星，將由「鄰近」1部署，設展開後面積32平方米的4個三角形帆面，用於驗證利用陽光來推進航天器的太陽帆技術，重5公斤。「光帆」是2005年發射失敗的「宇宙」1項目的後續任務。2015年發射的「光帆」A已對帆面展開技術進行了驗證，但因所入軌道仍存在大氣阻力而無法進行太陽帆推進試驗。「光帆」B軌道高度將增加，可擺脫上層大氣阻力的影響。該項任務項目經理、普渡大學教授斯潘塞稱，利用太陽帆推進，該星軌道高度應能每天升視大概半公里。行星學會希望證明這項技術能用於未來的探測任務，但眼下尚無後續任務規劃。

14）「低軌姿態相關機動與碎片儀錶測量」（ARMADILLO），簡稱「犰狳」，得克薩斯大學奧斯汀分校三體立方星技術衛星，用於研究低地軌道亞毫米尺度空間碎片環境，並開展GPS無線電掩星測量等試驗，重4公斤。

15）「獵鷹星」7，又稱「游隼」，美國空軍學院三體立方星技術試驗衛星，用於試驗光篩式太陽望遠鏡，重5公斤。

16～17）「增強型串列信標實驗」（E-TBEx）A和B，斯坦福國際諮詢研究所三體立方星技術衛星，在基本相同的低傾角軌道上呈串列編隊飛行，配備三頻無線電信標機，將有助於開展赤道等離子氣泡變化過程等方面的研究，各重約5公斤。

18）「帕金森星」（PSat）2，美國海軍學院衛星實驗室1.5體立方星實驗通信衛星，載有雙向通信轉發器，用於把遙測、感測器和用戶數據從偏遠環境實驗地點傳回實驗機構，重約2公斤。

20～21）「繫繩電動力學推進立方星實驗」（TEPCE）1和2，美國海軍研究生院1.5體立方星技術衛星，部署後由1公里長的繫繩相連，用於試驗電動力學繫繩推進技術，各重約3公斤。

22）「加州理工星」（CP）9，又稱「發射環境觀測者」（LEO），加州州立理工大學「理工星」項目下的雙體立方星技術衛星，與下述的「野馬星」（StangSat）配合使用，用於測量和記錄發射過程中衛星部署器內的熱和振動遙測數據，並試驗幾項新技術，重約2公斤。

23）「野馬星」（StangSat），梅里特島高中單體立方星技術衛星，與CP-9配合使用，重約1公斤。

在本次發射中，火箭上面級發動機要4次點火工作。在把衛星部署到3條不同軌道後，上面級最後還要做一次推進系統鈍化處理機動。包括適配器，本次發射有效載荷總重約為3700公斤。上面級首先要有效載荷組合體送入高約300～860公里、傾角28.5度的低地軌道，並在那裡「眼睛」ASR和12顆立方星。它接下來將第二次工作，進入高約720公里、傾角24度的一條圓軌道，以把6顆COSMIC-2以及另幾顆微小衛星部署出去。上面級接下來要再點火工作兩次，把DSX送入近地點6000公里、遠地點12000公里、傾角43度的一條橢圓軌道。據軍方官員介紹，本次發射的有效載荷重量遠在「重鷹」運力之下，只佔用了整流罩可用空間的約1/3，但由於要前往三條不同軌道，加上還要對火箭進行回收，所以火箭性能實際上將發揮到極致。

粗略估算，包括所載衛星和空軍從太空探索公司採購的發射服務，STP-2發射任務總價值約7.5億美元。空軍與太空探索公司簽訂的「重鷹」/STP-2發射合同原本擬全部採用新箭，但雙方去年同意改用飛過的舊側捆助推器。空軍官員稱，從「阿拉伯星」6A發射任務中回收的兩枚舊箭是太空探索公司舊箭儲備中「用得最輕」的，回收過程中所經受的氣動力和結構載荷都相對溫和。發射合同原本價值1.85億美元，但現已降至約1.6億美元，一個重要原因就是軍方同意改用舊箭。

STP-2任務中的軍事有效載荷均為實驗性的。「重鷹」要實際承擔貴重的國家安全衛星發射任務，需首先通過美空軍的資質認證，為此需完成多次成功飛行。馬斯克已表示，「重鷹」可能會在幾年內用來發射國安有效載荷。他說，「重鷹」已有許多商業客戶，所以不必擔心因發射次數少而影響取得國安發射資質。

太空探索公司還打算在本次發射中利用原名「史蒂文先生」、最新升級後改稱「GO特里女士」（Go Ms. Tree）的高速回收船進行整流罩回收嘗試，擬回收兩個半罩中的一個。如果進行，這將是該船首次在美東海岸執行網捕回收任務。按照設計，這艘船要利用架在4根金屬長臂上的一張巨網來捕獲在GPS信號引導下乘可控翼傘緩緩下降的半罩。太空探索公司首執馬斯克形容這張網就像是一隻巨大的棒球捕手手套。為讓以8倍於音速的速度從天而降的整流罩能落入網中，罩上還配備了推力器。太空探索公司已在「獵鷹」9從范登堡空軍基地進行的5次發射中派「史蒂文先生」在太平洋上進行了整流罩網捕回收嘗試，但均功虧一簣。

不過，太空探索公司已從海水中撈回了不少整流罩。利用「史蒂文先生」抓捕整流罩意在避免整流罩在鹽水中受損。該公司對在海上濺落的「龍」貨運飛船進行翻修的經歷表明，對從海水中撈回的設備進行整修很費時間。不過，馬斯克後來表示，對從海中打撈回來的整流罩做清潔處理可能並不會讓整流罩復用變得得不償失。

「史蒂文先生」在「獵鷹」9火箭去年12月從加州進行的一次發射後差點兒就捉住了其整流罩。馬斯克在那次發射後發推特稱，兩個半罩雖然還是未能落到網上，但輕柔地落入水中，正由「史蒂文先生」撈起，打算在晾乾後再次使用。他稱讓整流罩在海水中「稍游一會兒泳」沒關係。「重鷹」4月份第二次發射所用的整流罩兩個半罩也進行了落海回收。馬斯克稱，那兩個半罩將會首先投入重複使用。

「獵鷹」9和「重鷹」發射所用的整流罩長約13米，直徑5.2米。在「獵鷹」火箭助推級著陸回收和復用技術業已得到證明後，該公司正把整流罩復用作為降低發射成本的下一步。馬斯克去年曾對媒體表示，整流罩造價約為600萬美元。他說，「獵鷹」9第一級占發射費用的約六成，上面級佔兩成，整流罩則佔一成。他說，另有一成為發射操作、推進劑和其它處理費用。

來源：航小宇

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