馬斯克的執念—閑聊初露猙獰的重型獵鷹火箭（上）

主頁菌說

SpaceX的火箭就和這家公司一樣，從來都是布滿爭議的，正所謂鮮花和雞蛋同飛，掌聲和罵聲共鳴。上個月的銥星發射一切順利，首批二代銥星已經升軌並開始工作，然而下一次發射卻是一推再推，不過這回終於要見到曙光了，官方已經公布了下一次發射時間，靜態點火也已經於昨日完成。

目標當地時間2月18日執行CRS-10國際空間站貨運補給任務，這也是SpaceX租下LC-39A後的第一次發射

1

重型獵鷹再露真容，欲蓋彌彰越描越黑

要說起SpaceX公司在2017年最受關注的一場大戲，估計就要數旗下跳票數年的重型獵鷹火箭的首飛了，

該

火箭高

70米

（約20層樓高），寬12.2米，起飛重量1420噸，一次性理論運力高達54噸

（實際上做不到），如果首飛成功，該火箭將成為現役運力最強的運載火箭。該火箭從2013年開始年年都號稱要首飛，結果年年推遲，設計改了又改，運力變了又變。終於，在大家興緻已經消磨殆盡的時候，一段不經意地視頻卻曝光了首飛箭實物。

LC-39A夜間發射重型獵鷹火箭的想像圖

就在上周

，

有網友在位於加州霍索恩的SpaceX公司總部門口發現了被包裹起來正準備起運的重型獵鷹火箭的助推器實物

，猜測可能是要送往德州測試場進行首飛前的各項測試，自上次官方曝光重型獵鷹火箭的級間段照片後，這枚27發並聯的「怪物火箭」終於又掀開了其神秘面紗的一角！

來自Facebook小組的一位網友在路過SpaceX總部門口時發現了這個被包裹著的助推器

有人肯定會問，這包的跟個粽子一樣，你怎麼認出來就是重型獵鷹的，還點名道姓是助推器？原因在於視頻中可以這枚火箭的尾部明細那包裹了一個氣動頭錐，SpaceX公司旗下所有火箭中

僅有重型獵鷹火箭的助推器才有頭錐部件

，因此才可以斷定是助推器。不過由於頭錐內一般沒有載荷，有別於保護有效載荷的整流罩，再加上重型獵鷹火箭的助推級和芯級的上傳力點都設置在頭錐下部，也就是箭體上，與我國長征五號標誌性的「前支點傳力」的斜頭錐有所不同。所以重型獵鷹頭錐的

主要作用就是減小氣動阻力

，結構和設計上相對要簡單得多

。

你藏的再好也架不住圍觀的吃瓜群眾過多，又過了一天，廠門口帶頭錐的這枚助推器就被網友在前往德州測試場的路上拍個正著，再怎麼掩飾也於事無補了，然而馬某人還「強行解釋」，真是越描越黑

當有網友拿出這張照片詢問馬斯克時，他回復到「我不知道是什麼讓你認為這是一枚火箭，他完全被防水帆布包裹著。」

網友的眼睛歷來是雪亮的，你包的跟粽子一樣我們就不知道裡面是什麼了么？「Too Young!」「Too Simple!」"Naive!"

2

回收設計一舉兩得，通用程度或創新高

但是比較尷尬的問題在於，

SpaceX的德州測試場目前暫不具備有三枚火箭同時點火的設備，所以只能和以往的獵鷹9一樣一個一個點火

。待全部測試完成後，然後拉到位於肯尼迪航天中心的HIF中進行整合安裝，27台發動機的整體點火測試一直要等到LC-39A發射前5天左右的靜態點火試驗為止才能進行。

視頻中就是位於德州測試場的試車台，這是當時一枚回收後的編號為024的芯級在進行重複的長程點火測試，用來探究獵鷹9火箭重複利用的極限，點火時長與實際發射一致。

事實上這枚受損最為嚴重的芯級經過了10次長程點火後依舊完好（官方確認的是7次，有傳言是10次已經做完）

。這也為後續的SES-10重複發射任務提供了堅實的信心。

SpaceX本來承諾將於2017年中期於LC-39A發射台執行首飛任務，但是考慮到重型獵鷹的巨大技術難度和測試進度，德州測試場的任何問題都極有可能導致火箭返廠進行進一步修改，所以業界普遍對目前的發射時間謹慎樂觀，

搞不好就要推遲到年底

。（先給你們打個預防針）

不嚴謹的來講，重型獵鷹火箭的設計上與ULA的重型德爾塔4（簡稱D4H）存在諸多相似之處，尤其是這個標誌性的助推器正頭錐設計和芯級節流方案，D4H芯級在全推力起飛40秒後就將節流至55%，直至助推器分離後才重新恢復滿推力

其實這枚曝光的助推器還有一個十分值得注意的事情，本號之前文章中曾提及到

重型獵鷹首飛箭中的一枚助推器將由Thaicom-8任務後回收的獵鷹9火箭一級改裝而來，也就是一枚二手助推器。

也就是常說的「芯級變助推」思路（Common Booster Core，常被簡稱為CBC設計），

這樣芯級和助推器可以最大限度通用各種部件，從而縮減生產線，簡化設計，甚至降低成本

。

前文提及的重型德爾塔4和俄羅斯的安加拉A5都採用這種設計思路。

只不過這兩種火箭並不能回收，沒法把回收芯級改成助推，而是在芯級基礎上「派生」助推，最大限度共用生產設備和零部件。除此之外也有一類運載火箭，採用通用化或是系列化的思路，也是意圖在各種構型之間儘可能的共用一些模塊，減少生產線壓力。

比如

海射公司的「天頂」火箭其實就派生自前蘇聯「

能源」火箭的助推器

，而我國長征五號安裝了兩台YF-100的助推器也與長征七號的芯級有著千絲萬縷的聯繫。

俄羅斯人只留住了天頂，但沒有留住能源，更沒有留住暴風雪，這是何等令人心碎的一件事情

2007年1月30日，「天頂3SL」火箭在奧德賽海射平台發射時意外爆炸

但是再通用也是有極限的，總有一些是芯級和助推各具特色的地方，需要專門安裝和設計。除了上文說到的頭錐之外，另一方面就是需要追加

側向分離和連接機構

，無論是採用火工品炸開也好，採用冷分離推開也罷，總之從芯級變助推的過程中分離機構你是跑不了的。

2013年北京強度所實施的長五助推器分離試驗，你可以看作是用火工品在推開一個長七芯級，而重型獵鷹因為要回收助推，顯然只能換成冷分離方式

說到冷分離，這恰巧是現有獵鷹9火箭的長項，尤其是回收中為了控制火箭姿態而設置在箭體上部的氮氣噴射裝置，該裝置在重型獵鷹上一舉兩得的充當了傳統火箭側向分離中的火工品的角色。筆者猜測這種「無心插柳柳成蔭」的設計正好簡化了重型獵鷹的分離結構，當然這目前只是猜測，還需要實際發射的驗證。

當然，除了大幅度的通用化之外，也有一些結構是必須替換掉的，比如箭體下部的OctaWeb承力結構。

圖中發動機間的灰色輻射狀結構就是OctaWeb，上有四個吊耳延伸至箭體側面，火箭的牽制釋放裝置就連接在吊耳上，

它既是火箭的承力結構，

同時也是防止梅林發動機發生連環爆炸所設置的防爆隔間

眾所周知獵鷹9和重型獵鷹都採用了典型的牽制釋放裝置，而這種裝置也是獵鷹9能夠進行靜態點火（也稱系留點火）的必要條件，因為點火後火箭推重比一旦大於1火箭就離架了，所以必須有裝置「拽」住火箭。

目前世界現役的運載火箭中，僅有獵鷹9和安塔瑞斯火箭設計有靜態點火環節。

而

相對於實際發射來講，打個未必恰當的比喻，如果說長征五號最終合練是除了點火之外什麼都做了，

那麼獵鷹9號的靜態點火可以說是除了拽住火箭沒讓跑之外什麼都做了。

圖中紅圈處就是牽制釋放裝置的連接處，一個吊耳，由於液體火箭是一個巨大的薄壁筒體，只有上少有地方的能夠充分受力，就像易拉罐只有頂部和底部才耐壓是一個道理

而這裡也正是著陸腿的支撐點，在箭體上一共有四個，發射時分別由四個牽制釋放裝置連接著（紅圈處為吊耳）

發射時的牽制釋放裝置，紅圈處為其中兩個

牽制釋放裝置的做動圖，感謝鉛筆供圖

話說回來，既然弄清楚了OctaWeb做為火箭的主受力結構，

那麼助推和芯級的連接點如無意外自然也應該設置在這裡

，同時芯級的OctaWeb也必須要適應性的做出補強和重新設計（這也是SpaceX官方承認的），才能適應重型獵鷹起飛時的巨大推力。而這裡也是重型獵鷹非通用化的主要部分，在更換完這些結構後，「芯級變助推」的工作很可能就已經完成了大半，

如此看來，獵鷹9和重型獵鷹的助推器間的通用性或許比我們想像中要高不少

。

SpaceX官方圖片中的箭體底部連接結構，基本都是連接在OctaWeb上

（未完待續）

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