• SpaceX火箭族谱

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    2002年,SpaceX的创始人伊隆·马斯克(Elon Musk)向世界宣布,计划将一些绿色植物送往火星。在尝试从俄罗斯购买火箭但空手而归后,马斯克计算了生产火箭的原材料价格,发现仅是当时一枚火箭售价的3%。这意味着即使他将火箭发射价格降至市场价的十分之一,仍拥有70%毛利率,于是马斯克决定自己造火箭,而这个决定促使了猎鹰1号和SpaceX公司的诞生。后来的故事大家都知道了,SpaceX凭一己之力拉动了整个商业航天的快速发展,并为了降低成本做出了许多让人瞠目结舌的突破,例如火箭回收后重复使用!而对于我们大多数人来说,猎鹰、猎鹰重型、星舰傻傻分不清楚,不都是火箭嘛,今天就为大家梳理明白。

    猎鹰1Falcon 1

    ▲猎鹰1号火箭

    (来源:我们的太空)

    猎鹰1号是SpaceX制造的第一枚火箭。它在2006年至2009年间执行飞行任务,近地轨道(LEO)运载能力670公斤,直径1.7米,高21.3米,第一级仅由一台梅林发动机(因此火箭得名1号)提供动力,使用液氧作为氧化剂,煤油作为燃烧剂。

    作为SpaceX研发的第一款火箭,猎鹰1号在经历了三次发射失败后,于2008929日成功并将一个虚拟载荷(铝块)送入太空。2009714日,第五次也是最后一次发射,将马来西亚地球观测卫星成功送入轨道。猎鹰1号发射成本平摊到每公斤约为一万美元,已略低于了NASA承包商的运输成本。

    猎鹰9Falcon 9

    ▲猎鹰9号火箭

    (来源:我们的太空)

    猎鹰9号是SpaceX的第二款成熟火箭产品。在猎鹰1号成功之后,SpaceX曾考虑开发猎鹰5号,但后来出于研发周期的考虑直接跳过了中型过渡火箭,开始研发第一级使用9台梅林发动机(因此火箭得名9号)的猎鹰9号。

    它是一枚两级火箭,高70米,直径3.7米,早期型号可以将13.15吨的有效载荷送入近地轨道,最新型号猎鹰9-FT的官网公布运力已达22.8吨,与我国长征五号B运载火箭运力相当。猎鹰9号作为SpaceX的主力火箭,2021年发射了32次,成功率100%,近地轨道总运载量达到730吨,此前该记录为400吨,即1982年一年苏联向太空的运送量。

    从猎鹰9号起,SpaceX致力于火箭第一级的重复使用,然而,早期的回收试验并不成功。猎鹰9号的第一次、第二次和第六次发射期间的回收试验都是以坠海告终。2014418日,SpaceX终于在猎鹰9号的第九次发射期间实现了火箭第一级的受控回收着陆,这标志着物美价廉的发射时代来临。

    猎鹰重型Falcon Heavy

    ▲猎鹰重型

    (来源:我们的太空)

    SpaceX官网消息,猎鹰重型的近地轨道运载能力达63.8吨,地球同步轨道运载能力为26.7吨,高70米。简单来说,猎鹰重型就是在猎鹰9号火箭的基础上,在芯一级两侧捆绑了两枚与芯一级一模一样的大型助推器,即它的第一级是由3枚相同的火箭并联而成的,每枚装有9台梅林发动机,发射时27台发动机同时点火。如果按照之前的命名习惯,猎鹰重型也可以被称为“猎鹰27号”。

    目前,采用全新一次性第一级的猎鹰重型火箭单次发射价格为1.5亿美元,采用回收后重复使用的第一级的单次发射价格为9000万美元,而近地轨道运载能力约为猎鹰重型50%的美国德尔塔4H火箭单次发射价格已达3.36亿美元。

    201826日,猎鹰重型在肯尼迪航天中心成功首飞。火箭携带一辆特斯拉跑车作载重测试。现在仍可以通过车上的摄像头,实时体验这辆车在太空中的旅程。

    2019412日,猎鹰重型完成了首次成功的商业发射。它不仅把发射质量达6.46吨的阿拉伯-6A通信卫星送入了太空。

    星舰Starship

    ▲星舰+超重型火箭效果图

    (来源:我们的太空)

    20199月,马斯克公布了一款全新的运载航天器——一款可完全重复使用的超大型星际运输系统,旨在将人类送上火星。这一套系统由位于上端的二级,即星舰飞船,和位于下端的一级超重型火箭组成,统称为星舰。其中星舰飞船有9台“猛禽2”发动机(据马斯克称,该发动机单台推力高达230吨),超重型火箭的“猛禽2”发动机数量更是达到了惊人的33台。

    根据SpaceX的预计,星舰的每公斤发射成本可以压到200美元以下,只有目前主流发射成本的几十分之一,预计会激发全世界的航天发射需求。目前猎鹰9号每公斤发射成本约为2700美元。星舰的近地轨道极限运载能力预计达200吨,按照SpaceX现在的发射密度,每年送到近地轨道的物资能接近一万吨。

    目前,星舰尚未成功发射,技术指标也未最终确定,但无论结果如何,SpaceX通过火箭回收的神技能已经为人类开启了一个崭新的星际时代。

     

    参考文献:

    [1]谭云雷, 张轩宇, 徐恒,. 美国猎鹰火箭发展概述与应用探讨[J]. 现代工业经济和信息化, 2021, 11(10):5.

    [2]邢强, 九天波粒. SpaceX龙飞船与猎鹰火箭技术和成本分析[J]. 军事文摘.

    [3]丁文华, 康开华. 猎鹰9运载火箭及其应用[C]// 第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集. 中国空间科学学会, 2010.

    [4]龙江, 肖林, 孙国江. SpaceX公司运行模式对我国航天产业的启示[J]. 中国航天, 2012(11):8.

     

    科学审核:杨宇光,中国航天科普大使,国际宇航联空间运输委员会副主席 

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    责任编辑:王鹏鹏

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