作者：田豐，航天愛好者網主編

　　騰訊科技訊，北京時間 2019 年 4 月 12 日 6 點 35 分，伊隆·馬斯克旗下 SpaceX 公司的重型獵鷹火箭時隔一年再次從肯尼迪航天中心 LC-39A 發射臺發射，這款現役最強火箭終于迎來了首個正式商業載荷——一顆重 6.46 噸的同步軌道商業通訊衛星，在發射后 8 半鐘，兩枚助推器率先返回陸地著陸場 LZ-1、2，隨后芯級也穩穩落在距發射場 1000 公里的無人回收駁船上，34 分鐘后星箭順利分離。至此，馬斯克終于實現了 7 年前向觀眾展示的三枚火箭同時回收的壯觀景象，27 臺發動機并聯設計的可靠性再一次得到了驗證。而這次看似平淡的發射之后，一些潛藏但驚人的變化正在航天界涌動，或將對 NASA 的重返月球進程產生影響。

　　順利發射，順利分離，順利回收

起飛瞬間，2320 噸的巨大推力

2：39，助推器順利分離，側向冷分離機構工作正常

7：43，兩枚助推器順利返回著陸場，穩穩降落

10：20，火箭芯級成功著陸在發射臺 1000 公里外的回收駁船上，彌補了首飛芯級墜海的遺憾

　　作為重型獵鷹的第二次發射，本次發射所用的芯一級和兩臺側助推器均為全新生產的 Block5 最新改進型（芯級編號 B1055.1，助推器編號 B1052.1 和 B1053.1），但按照 SpaceX 一貫“摳門”的脾氣，雖然箭體是新的，但部分梅林（Merlin）發動機以及助推器頭錐卻是重復使用的。

助推器頭錐有明顯的使用痕跡

　　一年前的 2 月 8 日，重型獵鷹火箭首次成功首飛，兩枚火箭的助推器在完成發射任務后與火箭分離。然后逐漸飛回發射場，緩緩降落在著陸場上。這個過程被空中的無人機準確的拍攝下來，震撼了世界。隨后，整流罩打開，蔚藍地球背景下的紅色特斯拉跑車和炫酷的假人模型的照片刷爆了當天的各大媒體。

水平組裝廠房內的重型獵鷹

　　但是這款火箭依然頗具爭議，尤其是一款運力強大的火箭首飛只敢搭載一輛不足 2 噸重的跑車，遭到眾多網友的質疑，稱其用了“吃奶的勁兒”卻只打了一堆太空垃圾。但事實上，去年首飛搭載跑車實屬無奈之舉，其實正證明了當時重型獵鷹的最大問題——可靠性不足，沒有客戶敢上。

　　可靠存疑，訂單寥寥，急需自證

　　但在去年首飛的喧囂過后，重型獵鷹不得不面對一個“空有屠龍刀，卻無龍可屠”的尷尬境地。人們常說“火箭的運力有多大，航天的舞臺就有多大”。重型獵鷹火箭標稱近地軌道運力高達 63.8 噸，同步轉移軌道噸的運力 26.7 噸，看似大有可為，其實是高不成低不就。主要體現在以下幾方面：

　　1. 運力對于商業客戶過大；

　　2. 可靠性讓 NASA 和軍方心存疑慮；

　　3. 價格優勢不如獵鷹 9 那么突出。

　　首先，商業客戶并不需要這么龐大的運力，最重的商業通訊衛星也不過重 8 噸有余，還不到火箭同步軌道運力三分之一，類似阿麗亞娜 5 的雙星拼車也限于整流罩等原因難以成行，況且高通量同步軌道衛星造價動輒數億美金，加之多數客戶對重型獵鷹可靠性存疑，訂單數量較獵鷹 9 遜色不少。

重型獵鷹發射訂單統計，其中三單是去年首飛后才敲定，足見首飛時訂單的慘淡程度

　　而 NASA 短期也并不需要這款火箭執行深空任務，一是因為探測器對發射窗口及可靠性要求甚高，而火箭可靠性尚未得到充分認證。獵鷹 9 執行了近 70 次發射，直到去年末才拿到 LSP-3 認證，具備發射 NASA 所有高價值載荷的資格，而且對于一般探測器則運力嚴重過剩，要知道人類迄今向火表投送的最重物體“好奇號”火星車也不過重一噸。

　　美國空軍（USAF）和國家偵察局（NRO）雖有所需求，尤其是國家偵察局著名的鎖眼（Keyhole）、導師（Mentor）等間諜衛星。但 NRO 載荷歷來以貴出名，載荷貴過等身黃金，且事關美國國家安全，僅成功發射一次的火箭難言可靠(通常頭三次發射都具備較大風險)，SpaceX 急需一次正式任務證明自己的設計，于是這顆為阿拉伯國家制造的通訊衛星順利成為了首次商業發射的載荷。

載荷衛星效果圖，該星一式兩份，其姐妹星已經由阿麗亞娜 5 火箭于今年 2 月送入軌道

　　載荷 Arabsat-6A 是一顆高通量通信衛星，采用洛克希德·馬丁公司 LM-2100 平臺，但問題這顆衛星僅重 6 噸有余，SpaceX 自家獵鷹 9 完全可以勝任，緣何大動干戈動用重型獵鷹呢？難道只是為了證明可靠性？

衛星實物，對比右下角的人

衛星采用了類似手風琴結構的新式柔性太陽能電池板

　　你到底能不能打——重型獵鷹的運力之謎

　　Arabsat-6A 合同簽訂于 2015 年，那時的 1.1 版獵鷹 9 火箭的同步轉移軌道運力僅有 4.85 噸，因此 6.46 噸衛星在當時選用重型獵鷹可謂合情合理。然而世殊時異，獵鷹 9 在 4 年間不斷迭代升級，運力一路飆升至 8.3 噸，已經輕松涵蓋 6 噸衛星。不過若嚴格按照合同履行，堅持采用重型獵鷹也是合理的，但以往也有過重型獵鷹訂單下放到獵鷹 9 發射的情況，這次為什么不這樣做呢，這就要從獵鷹 9 的可回收設計說起了。

獵鷹 9 的 Block5 型

　　自 2015 年 12 月首次回收獵鷹 9 火箭起，經過 4 年瘋狂改進和迭代，SpaceX 的回收復用日漸成熟，從國內相關論文估算可知，相對于一次性發射，海上回收大概會損失 30% 運力，返場陸地回收損失 50% 運力。雖然如此，但 SpaceX 依然堅定的將復用道路走了下去，于去年 4 月推出了獵鷹 9 的 Block5 型，該型號融合了 4 年來 SpaceX 所有對 VTVL（Vertical takeoff vertical landing，垂直起飛，垂直降落）回收和重復使用的經驗和教訓，是獵鷹 9 的最新改型，單箭體至今最多復用 3 次，且復用紀錄還在刷新，但是 Block5 型的全面服役也基本終結了 SpaceX 的一次性火箭發射業務。公司于去年 Block5 構型服役起宣布，對商業客戶除特殊原因外，不再安排一次性發射，并將對復用火箭發射逐步打出各種折扣，以吸引客戶使用。至此，業界對于復用火箭是否省錢的激烈爭論基本告一段落，折扣就是最好的證明。

各種回收狀態下的運力水平表

　　迄今為止，SpaceX 取得了 20 多次復用火箭發射成功率 100% 的成績。因此目前，SpaceX 除非特殊政府載荷(如 GPS-3 首星)外，運力上限就是 5.5 噸（見上圖），當然也有衛星超重但自行升軌的情況，篇幅所限不展開。所以目前超過 5.5 噸的 GTO 載荷，也就順理成章地成為了重型獵鷹的訂單。當然不僅如此，此次重型獵鷹將衛星送入一條超同步軌道（Supersynchronous Transfer Orbit，22.9623° x 320.533 x 89807.493 km ），也就是多送衛星一程，僅此一項就將節省大量衛星推進劑，有望將衛星在軌壽命從 15 年延長至 18-20 年，這也是客戶冒險選擇重型獵鷹的原因所在。

星箭分離成功瞬間

綠光來自三乙基鋁-三乙基硼(TEA- TEB)引火系統的反應，還可以看到火焰底端的激波

　　今天的發射成功后，兩枚助推器將被重新翻修，用于今年另一次重型獵鷹發射，這一次，重型獵鷹要向美國空軍證明，這款火箭完全具備替代 ULA 宇宙神 5 和重型德爾塔 4 的實力，可以執行各種國家安全發射（National Security Launch），不僅如此，SpaceX 更便宜，運力更大，美國空軍不再需要忍受 ULA 重型德爾塔 4 火箭每次發射近 4 億美元的高昂價格，只需要 9000 萬美元！（事實上政府發射報價會比商業報價略高，因為包含特殊的整備要求，因此實際合同價格應高于一億美元，但仍遠低于 ULA 報價）。

　　但是無論如何，今天的這次成功發射，進一步驗證了 27 臺發動機并聯設計的可靠性，這對未來世界運載火箭的設計思路會產生一定影響。

2011 年，重型獵鷹火箭首次亮相

　　自從誕生，發發不同，今年的重型獵鷹又有改進？

　　SpaceX 一直奉行互聯網式的快速迭代策略，基本就沒有“定型”和“批產”這個概念，正如公司可靠性部門發言人說的那樣——在過去的數年間，公司幾乎就沒生產過兩枚完全一樣的獵鷹 9 火箭。其實此次發射的重型獵鷹也是如此，今年火箭全面基于 2018 年 4 月首飛的 Block5 型獵鷹 9 改進而來，推力提升，運力提升，全面換用鈦合金格柵舵，改進發動機艙防熱結構，換用新型箭體涂料等等，由于同宗同源，獵鷹 9 的任何改進都將沿用至重型獵鷹上，形成協同效應。

兩次發射的對比圖

水平組裝廠房內的火箭，右上角那枚是剛執行過載人龍飛船無人首飛后回收的獵鷹 9 火箭

　　其實從高清對比圖來看，改進還是頗為明顯的（上：此次發射的 Block5 版本，下：去年回收后的助推器），Block5 為更好的復用，首先改進了發動機擺動機構的密封結構，為了實現推力冗余設計，所有梅林發動機都具有擺動能力，因此需要柔性密封結構保護發動機，但原有的防火帆布在最高6-8 馬赫的惡劣回收再入環境下受損嚴重，甚至有些任務中會被徹底吹爛。因此在 Block5 版中改成了活動防熱板（上圖白色），同時發動機艙還有明顯的銅綠色防熱涂層。

右側是重新涂裝的 LC-39A 發射塔，該發射臺曾用于阿波羅登月

　　重型獵鷹——沒人疼的野孩子

　　SpaceX 自創辦至今，確實受到了 NASA 的大量金援，絕大部分是發射合同形式，但并非所有火箭型號都受到了 NASA 青睞，SpaceX 的很多火箭型號都并未受過 NASA 資助，其中就包括今天的重型獵鷹火箭。公司成立至今的所有火箭型號當中，獵鷹 1 的研發基本是伊隆·馬斯克自掏腰包完成的，三次失敗折磨的他幾近破產，直到第四次發射成功之前，前三次發射失敗，NASA 都沒有掏過一分錢。

回想起那段歲月，真是老淚縱橫，創業之難，可見一斑

　　然而我們所熟知的獵鷹 9 火箭和龍飛船，確實是在 NASA 的商業貨運服務（Commercial Resupply Services，簡稱 CRS）的項目資助之下研發而成的，載人龍飛船也是在商業載人航天項目下資助完成的（Commercial Crew Program，簡稱 CCP）。不過需要說明的一點是，獵鷹 9 的火箭回收項目并不在 NASA 的資助范圍之內，完全是公司自掏腰包并逐漸實現的，而最開始 NASA 從可靠性角度出發，甚至曾明確反對 SpaceX 進行火箭回收試驗。

　　而我們今天的主角重型獵鷹火箭，自從他誕生的第一天起，從公開渠道資料來看，一直都不受 NASA 青睞，無論是整箭訂單還是研發資助，都無相關報道，只有一次搭車空軍任務的訂單，幾乎可以忽略不計。那么這款火箭為什么一直不受到 NASA 的待見呢？因為在 50 噸以上運力級別，NASA 有著自己“嫡子”——由波音承研承制的太空發射系統（Space Launch System，簡稱 SLS）

波音最近很火

　　扶不起的阿斗，指不上的 SLS！

　　作為航天飛機技術遺產的重塑再造，作為“美國未來確立在月球、火星及更遠深空領先地位的核心”（NASA 官方表態），NASA 的一路高調支持，加上國會議員各種力挺，再加上主承包商波音的巨大政治影響力，SLS 甫一出生就光環加持，集萬千寵愛于一身。SLS 在美國可以說是要人給人，要錢給錢，要技術給技術，NASA 幾乎是傾其所有，毫不吝嗇。

　　想要世界最好的分級燃燒氫氧發動機？

　　好，5500 萬美元一臺，可以復用 10 多次的 RS-25 拿去，發射一次扔海里 4 臺。

　　想要世界最好的助推器？

　　好，航天飛機助推器改進的 5 段式固體助推器拿去，不打撈不復用，用完即扔。

　　想要世界最好的上面級發動機？

　　好，3000 萬美元（舊價格）一臺，膨脹循環的 RL-10 拿去，改進型的 EUS 上面級發射一次用掉 4 臺。

　　想要世界最好的發射條件？

　　好，土星五號的發射臺 LC-39B 免費給你，10 億美元改建發射臺。

　　不僅如此，NASA 還為 SLS 量身定做了一系列發射任務。

SLS 的 EM 系列發射任務

　　然而 SLS 自 2011 年宣布開始研發，在繼承航天飛機所有成熟動力系統和技術遺產的前提下，原定 2016 年的首飛時間一拖再拖，原定的研發經費和發射費用一漲再漲，原定的運力水平一縮再縮。首飛目前已經推遲到不早于 2021 年，單次發射費用從原有宣傳的 4 億美元一次飆升至 15-20 億美元一次，運力水平縮水至基于 ICPS 的 Block1 型僅有 75 噸近地軌道運力（波音近期又修改成 95 噸），項目每年都要燒掉 NASA 的數十億美元經費（NASA 每年的預算案在網上可以公開下載），火箭尚未首飛，已經花費近 170 億美元（亦有說超過 100 億美元），波音在其中發揮了巨大的“作用”，即使如此，波音公司和 SLS 項目依舊我行我素，繼續拖延超支。

　　但是，轉機出現在 2019 年初，波音這種肆無忌憚的拖延、超支和運力縮水，已經嚴重影響到了特朗普政府擬定的重返月球計劃表。因此副總統邁克·彭斯為主的太空委員會終于對 SLS 忍無可忍，要求必須在 2020 年 6 月開始獵戶座飛船的首次繞月任務，代號 EM-1，即使不采用 SLS，換用可行的商業火箭，一時間業界嘩然。

副總統彭斯演講時，回頭一看后面四款登月用火箭，三款還在 PPT 上，這還登個什么月？

　　NASA 新任局長吉姆·布里登斯廷臨危受命，組織論證用已有的商業火箭替代 SLS 執行獵戶座飛船的首次繞月飛行（EM-1）。初步論證后，發現唯一能滿足要求，趕得上時間，運力又足夠的，竟然是 NASA 從未投資過的重型獵鷹火箭。

新局長移情別戀也是無奈

重型獵鷹搭配 ICPS 發射獵戶座飛船繞月設想

兩發重型獵鷹發射，分別發射獵戶座飛船和上面級，在軌對接后繞月設想

　　雖然最終 NASA 論證的結果是這兩種方案同樣趕不及在 2020 年 6 月發射獵戶座，只能繼續催促波音加快進度，但至少這是重型獵鷹又一次進入美國重返月球架構的“菜單”。

在最新曝光的美國返月方案中，重型獵鷹大有可為

　　在今天的成功發射過后，重型獵鷹的地位或許又會有微妙的變化，在未來的重返月球任務中，SpaceX 又將扮演怎樣的角色，讓我們拭目以待。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的争议不断，运力存疑，马斯克的这款新型火箭今通过生死大考的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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