一文详解：SpaceX猎鹰系列火箭——猎鹰重型

简介

猎鹰重型是美国SpaceX公司制造和发射的一种部分可重复使用的重型运载火箭。

它由一个中心芯级和两个猎鹰9助推器组成，以及一个安装在中心芯级上的第二级。

发射经历

SpaceX于2018年2月6日20:45 UTC进行了猎鹰重型的首次发射。作为模拟有效载荷，火箭携带了SpaceX创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）的特斯拉Roadster汽车，驾驶座上有一个名为“星际漫游者”（Starman）的假人。

猎鹰重型的第二次发射于2019年4月11日成功进行，三个助推器火箭都成功返回地球。猎鹰重型的第三次发射于2019年6月25日成功进行。此后，猎鹰重型已经通过了国家安全太空发射（NSSL）计划的认证。

猎鹰重型最近一次发射是在2023年5月1日。目前，总计发射六次，全部成功。

优势

猎鹰重型采用了新型轻质箭体结构技术，氧箱利用铝锂合金壳体横造技术既能保证安全又可大幅降低结构重量，燃料箱利用箱壁桁条以及环形结构设计增加其承载能力。整流罩、助推头锥采用的复合材料，确保了质量最轻。

它可以实现部分可重复使用，即两个助推器和中心芯级都可以在发射后返回地球并进行着陆。SpaceX已经成功地在6次猎鹰重型发射中回收了8个助推器和1个中心芯级。

猎鹰重型的有效载荷能力在目前运行中的运载火箭中排名第二，仅次于美国国家航空航天局（NASA）的太空发射系统（SLS），并且在所有进入轨道的火箭中排名第四，仅次于SLS、俄罗斯的能源号和美国的土星5号。

横向对比

猎鹰重型：

有效载荷
低地球轨道为63.8吨
地球同步转移轨道为26.7吨
火星转移轨道为16.8吨
冥王星轨道为3.5吨
运载成本
重复使用：10517人民币 / 公斤
一次性使用：16272人民币 / 公斤

长征5号：

有效载荷
低地球轨道为25吨
地球同步转移轨道为14吨
火星转移轨道为8.2吨
运载成本
大体估计：18000人民币 / 公斤

猎鹰重型结构

整流罩

二级火箭

级间

一级火箭

整流罩

猎鹰重型的整流罩是一个碳复合材料制成的外壳，用于保护卫星在进入轨道的过程中。它的高度是13.1米，直径是5.2米。猎鹰重型的整流罩的成本大约是600万美元（约合人民币3850万元）每个，可以回收再利用。

在2023年4月30日，猎鹰重型搭载了三颗卫星发射。发射后，有效载荷整流罩分成两半，以超过15倍音速的速度返回地球大气层，在大西洋上软着陆，然后被回收船捞起。

二级火箭

• 猎鹰重型的二级火箭是基于猎鹰9火箭的设计，它可以最小化级间分离事件，提高可靠性。二级火箭由一个Merlin Vacuum Engine推动，它在一级火箭的主发动机关闭和分离后，将有效载荷送入轨道。
• 二级火箭的高度是8.1 m，直径是3.7 m
• 二级火箭的推力是981 kN（真空），燃料是液氧和火箭级煤油（RP-1），燃烧时间为397 秒。
• 二级火箭的发动机可以多次点火，将多个有效载荷送入不同的轨道。

级间

• 猎鹰重型的级间是一个复合结构，它连接了第一级火箭的中心核心单元和第二级火箭，并包含了释放和分离系统。
• 猎鹰重型的级间还装有12个高超音速格栅翼，每个助推器四个，位于级间或鼻锥的底部，它们通过改变重心来调整火箭在再入过程中的方向。
• 猎鹰重型的级间与猎鹰9的级间不同，它不是黑色的，而是白色的。这可能是因为猎鹰重型的中心核心单元的结构与猎鹰9不同，它需要适应两个助推器的连接和承受它们带来的重压力。

一级火箭

• 猎鹰重型的第一级火箭由三个核心单元组成，每个核心单元有九个Merlin发动机，共计27个发动机。
• 猎鹰重型的第一级火箭在起飞后，中心核心单元的发动机会降低推力，以减少燃料消耗。在两个侧面核心单元分离后，中心核心单元的发动机会重新增加推力。
• 猎鹰重型的第一级火箭的两个侧面核心单元可以回收利用，降落在陆地上。中心核心单元则会被弃置，坠入海洋。