□ 張雪松

NROL-76發(fā)射：獵鷹火箭的新里程碑

□ 張雪松

2017年5月1日晚上19時(shí)15分，“獵鷹”9號(hào)火箭從肯尼迪航天中心將美國國家偵察局的NROL-76衛(wèi)星發(fā)射升空，這是太空探索技術(shù)公司首次發(fā)射高度機(jī)密的軍用載荷，是該公司進(jìn)入軍用發(fā)射市場(chǎng)的里程碑。這次發(fā)射中“獵鷹”9號(hào)火箭第一級(jí)實(shí)現(xiàn)了教科書式返回和回收，二級(jí)長時(shí)間滑行后再次點(diǎn)火，也為執(zhí)行難度更高的靜止軌道直送任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

從無控再入到飛回式再入

嚴(yán)格地說，這并非太空探索技術(shù)公司第一次發(fā)射國家偵察局（NRO）的衛(wèi)星。早在2010年12月“獵鷹”9號(hào)火箭的任務(wù)中，一個(gè)NRO的立方星就作為次級(jí)載荷發(fā)射上天，但這次任務(wù)是“獵鷹”9號(hào)火箭和太空探索技術(shù)公司獲得軍方和情報(bào)部門認(rèn)可后，第一個(gè)軍用大型衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。它的成功為該公司進(jìn)軍軍用商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)鋪平了道路。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟長期以來的“自留地”被搶，面對(duì)的競(jìng)爭壓力更大了。

太空探索技術(shù)公司長期以來使用“獵鷹”9號(hào)火箭進(jìn)行海上和陸上著陸的重復(fù)使用試驗(yàn)，那些技術(shù)試驗(yàn)性質(zhì)的“蚱蜢”試驗(yàn)略過不論，“獵鷹”9號(hào)第一級(jí)的再入和著陸試驗(yàn)一直吸引著人們的眼球。自“獵鷹”9號(hào)的發(fā)射開始，再入著陸試驗(yàn)就拉開帷幕。最早的試驗(yàn)著重于突破再入關(guān)口，前兩次無控再入失敗后，太空探索技術(shù)公司放棄無控傘降方案，轉(zhuǎn)向反推控制再入方式。2013年9月29日的“獵鷹”9號(hào)火箭第6次發(fā)射中，第一級(jí)反推再入方案首次亮相，這也是“獵鷹”9號(hào)V1.1的首次發(fā)射。這次發(fā)射中第一級(jí)火箭成功實(shí)現(xiàn)完整再入，但由于箭體自旋發(fā)動(dòng)機(jī)無法繼續(xù)工作最終墜毀。獵鷹火箭第九次發(fā)射也就是第二次嘗試中，第一級(jí)箭體就成功從10倍音速的速度減速再入并完整落到海面，宣告了火箭箭體再入試驗(yàn)的成功。接下來2014年7月14日的第10次發(fā)射中，火箭第一級(jí)飛到肯尼迪中心附近的海面后再落入海中，驗(yàn)證了火箭飛回式飛行的可行性。試驗(yàn)開始前，人們高估了高速再入穿過大氣層的難度，而低估了箭體的垂直著陸的難度，接下來的著陸試驗(yàn)獵鷹火箭第一級(jí)都完整再入?yún)s在海上降落試驗(yàn)中撞得“頭破血流”。

①“獵鷹”9號(hào)火箭將NROL-76衛(wèi)星發(fā)射升空

②發(fā)射NROL-76衛(wèi)星的“獵鷹”9號(hào)火箭第一級(jí)成功回收

③第17次發(fā)射時(shí)海上著陸失敗

④CRS-8任務(wù)中，火箭首次成功在大西洋上的浮動(dòng)回收平臺(tái)著陸

⑤發(fā)射NROL-76衛(wèi)星的一級(jí)火箭著陸

⑥CRS-6任務(wù)中，火箭在肯尼迪中心的LZ-1著陸場(chǎng)成功著陸

順利的回收之路

“獵鷹”9號(hào)的第14次和第17次發(fā)射中，火箭兩次著陸失敗，硬砸到海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上。不過失敗是成功之母，根據(jù)試驗(yàn)中暴露的問題，太空探索技術(shù)公司進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)，為成功積累了經(jīng)驗(yàn)。2015年12月22日，“獵鷹”9號(hào)火箭進(jìn)行了第20次發(fā)射，這是空間站貨運(yùn)CRS-7任務(wù)也就是第19次發(fā)射失敗后臥薪嘗膽的翻身仗，但太空探索技術(shù)公司并沒有保守地保成功，而是使用了新的“獵鷹”9號(hào)V1.1FT（全推力版）火箭?；鸺褂么蠓仍鐾频陌l(fā)動(dòng)機(jī)，長度也進(jìn)一步加長，運(yùn)載能力大有提高不說，還繼續(xù)進(jìn)行回收試驗(yàn)。皇天不負(fù)苦心人，這次發(fā)射中“獵鷹”9號(hào)第一級(jí)在肯尼迪中心的LZ-1著陸場(chǎng)成功著陸，這也是人類歷史上第一枚飛回式返回并著陸的運(yùn)載火箭。

一回生二回熟，接下來太空探索技術(shù)公司的回收之路就順利多了。2016年3月SES-9衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)中，獵鷹火箭第一級(jí)嘗試在船上著陸。這是一次挑戰(zhàn)極限的回收，由于剩余燃料太少?zèng)]有進(jìn)行反推減速，結(jié)果不僅箭體燒蝕嚴(yán)重，最終著陸也失敗了。2016年4月的CRS-8任務(wù)中，火箭首次成功在大西洋上的浮動(dòng)回收平臺(tái)著陸，5月發(fā)射JCSat-14通信衛(wèi)星時(shí)又船上著陸成功。發(fā)射通信衛(wèi)星時(shí)第一級(jí)分離速度更高難度也更大，但也更有實(shí)用價(jià)值。2016年7月空間站貨運(yùn)CRS-9任務(wù)中“獵鷹”9號(hào)火箭第一級(jí)返回LZ-1著陸成功，這是近地軌道發(fā)射中首次飛回著陸。“獵鷹”9號(hào)火箭至此嘗試了各種方式的返回著陸，隨后可以說回收轉(zhuǎn)入常態(tài)化?；厥樟说谝患?jí)火箭，重復(fù)使用第一級(jí)也提上日程，2017年3月30日SES-10衛(wèi)星發(fā)射中，獵鷹火箭第一級(jí)是在第23次發(fā)射中回收的，這是運(yùn)載火箭的首次重復(fù)使用。

為第二級(jí)回收做準(zhǔn)備

NROL-76發(fā)射任務(wù)中，國家偵察局訂購的火箭倒沒有使用回收的第一級(jí)，但這次發(fā)射中太空探索技術(shù)公司第一次精確地展示第一級(jí)火箭回收的各個(gè)關(guān)鍵事件，這對(duì)其他火箭廠商以及航天愛好者分析獵鷹火箭的回收過程具有重要價(jià)值。從官方直播視頻上看，火箭第一級(jí)在約70千米高度以約1680米/秒速度分離后，隨后調(diào)姿并進(jìn)行反推點(diǎn)火減速，第一級(jí)速度很快在重力和反推作用下降低到約700米/秒，關(guān)機(jī)后繼續(xù)上升到達(dá)約166千米高度的彈道頂點(diǎn)，速度也降低到約290米/秒。第一級(jí)火箭再入大氣層前在約66.8千米高度、1395米/秒的速度下進(jìn)行第三次點(diǎn)火反推，工作29秒后火箭速度降低到743米/秒，此時(shí)高度還有37.2千米，這次點(diǎn)火大大降低了進(jìn)入稠密大氣層后的受力和燒蝕。火箭第一級(jí)箭體此后依靠氣動(dòng)阻力在3600米高空已經(jīng)減速到約290米/秒的速度，火箭隨后進(jìn)行著陸后的最后一次點(diǎn)火，一直持續(xù)到火箭垂直著陸。從官方直播提供的數(shù)據(jù)看，這顆衛(wèi)星可能質(zhì)量不大，火箭第一級(jí)剩余很多推進(jìn)劑，太空探索技術(shù)公司選擇在3600米高空就進(jìn)行著陸反推，以保證陸回收的成功率。

NROL-76發(fā)射圓滿成功，回收成功也早已司空見慣，但這次發(fā)射中仍進(jìn)行了兩項(xiàng)比較新的試驗(yàn)。首先是嘗試回收整流罩，通過翼傘回收整流罩可以復(fù)用更多部件，進(jìn)一步降低發(fā)射成本。其次是第二級(jí)將衛(wèi)星送入軌道后，進(jìn)行了長達(dá)3.5小時(shí)的長時(shí)間滑行，隨后再次點(diǎn)火成功，這同樣是該公司技術(shù)的一大突破。目前只有聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“宇宙神” 5和“德爾它”4火箭，以及俄羅斯的“質(zhì)子”火箭進(jìn)行過將衛(wèi)星直接送入靜止軌道的發(fā)射，其中聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的火箭的低溫上面級(jí)可以進(jìn)行長時(shí)間滑行和多次點(diǎn)火，又比使用專用常溫推進(jìn)劑的微風(fēng)上面級(jí)技高一籌。“獵鷹”9號(hào)火箭在JCSat-14衛(wèi)星發(fā)射中，第二級(jí)就嘗試過約1小時(shí)的滑行，這一次滑行時(shí)間延長到3.5小時(shí)，距離直送靜止軌道需要的約6小時(shí)滑行時(shí)間又近了一步。雖然“獵鷹”9號(hào)火箭直送靜止軌道的價(jià)值很小，但未來的重型獵鷹火箭必然發(fā)展出直送靜止軌道的能力，以競(jìng)爭美國空軍和國際偵察局的高價(jià)值軍用衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，這將進(jìn)一步或者說徹底的擠壓聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的市場(chǎng)。獵鷹火箭第二級(jí)的長時(shí)間滑行和多次點(diǎn)火能力，對(duì)于未來進(jìn)行第二級(jí)的再入和回收也是必備的條件，太空探索技術(shù)公司計(jì)劃未來在重型獵鷹上進(jìn)行第二級(jí)的回收嘗試。

總而言之，NROL-76發(fā)射任務(wù)雖然使用的是一枚新的“獵鷹”9號(hào)火箭，但它是太空探索技術(shù)公司闖入軍用發(fā)射市場(chǎng)的標(biāo)志。這次發(fā)射不僅例行成功進(jìn)行了第一級(jí)回收，還試驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)了整流罩回收，并完成了第二級(jí)的長時(shí)間滑行和再次點(diǎn)火試驗(yàn)，為第二級(jí)回收和進(jìn)軍高價(jià)值軍用衛(wèi)星發(fā)射奠定了基礎(chǔ)，是獵鷹火箭成功道路上新的里程碑?！?/p>