SpaceX公司終結版BLOCK 5型「獵鷹」9火箭成功首飛

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BLOCK 5型「獵鷹」9火箭

北京時間2018年5月12日，SpaceX公司首枚BLOCK 5型「獵鷹」9火箭從肯尼迪航天中心發射，成功將1顆孟加拉通信衛星送入地球同步轉移軌道。這是SpaceX公司2018年的第八次發射，也是BLOCK 5型「獵鷹」9火箭的首次發射。

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任務概況

5月12日5時14分，BLOCK 5型「獵鷹」9火箭從肯尼迪航天中心LC-39A發射台點火發射：發射後2分33秒，一級與二級火箭分離；3分37秒，整流罩分離；8分30秒，火箭一級成功降落在海上回收船；33分40秒，孟加拉通信衛星部署，發射取得成功。

此次發射的衛星是孟加拉國的首顆衛星，以該國前領導人命名「孟加拉之友-1」（Bangabandhu-1）。該衛星由泰利斯-阿萊尼亞公司製造；基於4000B2空間匯流排，重約3700千克；工作軌道為地球同步軌道，定位東經119.1度；星載14個C波段和26個KU波段轉發器；工作壽命15年。

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「獵鷹」9火箭發展基本情況

此次發射任務採用的是全新的BLOCK 5型「獵鷹」9火箭，這也是「獵鷹」9火箭的最終版本，未來該型火箭將不會再進行大的改型，直至被BFR巨型火箭所替代。

2.1 「獵鷹」9進化歷史

「獵鷹」9火箭於2010年6月首飛，至今已經進行54次發射（2次失敗），其發展經歷1.0版本（V1.0）、1.1版本（V1.1）和1.2版本（V1.2），而BLOCK 5型屬於1.2版本。

1.0版本「獵鷹」9火箭只飛行5次，主要是演示「獵鷹」9火箭的可用性，發動機採用9台3×3排列的「默林1C」，火箭回收還是採用的是降落傘回收方式，回收沒有取得成功。

1.1版本「獵鷹」9火箭於2013年9月首飛，執行15次任務（失敗一次），相比1.0版本有了極大變化，幾乎是一枚全新火箭。包括：發動機由「默林1C」升級為「默林1D」，一級底部發動機從3×3排列變為中心-環形排列，增加柵格翼用於控制火箭著陸，回收也改為垂直反推方式等。回收方式改為垂直反推式，但是由於推力不足及設計原因，火箭回收全部失敗。

1.2版本「獵鷹」9火箭也稱為全推力型，於2015年12月首飛，沿用至今。相比1.1版本，1.2版本的主要改進是提高發動機能力，加註更低溫度燃料以提高火箭運力等。通過上述改進，1.2版本「獵鷹」9火箭於2015年12月成功實現回收。在該版本下，「獵鷹」9火箭不斷改進，目前為BLOCK 5型。

2.2 BLOCK 5型「獵鷹」9火箭主要特點

可執行載人任務。與此前的BLOCK 4型相比，BLOCK 5型除繼續承擔載荷發射任務外，如商業或政府衛星、貨運飛船、空間試驗飛行器外，還將開始承擔載人發射任務，今年將開始執行載人的試驗任務，待充分驗證後，未來美國航天員將由該型火箭+「龍」飛船送入國際空間站。

火箭重複使用效率極大提高。體現在兩個方面：一是重複使用間隔時間變短。目前BLOCK 3型和BLOCK 4型火箭回收後，都需要拉回工廠進行整修，以確定能否重複使用。因此，同一枚火箭的重複使用間隔都在數月以上；而BLOCK 5型火箭回收後，不用拉回工廠進行檢修，可確認狀態後直接重複使用，間隔最短為24小時。SpaceX公司創始人馬斯克稱，最早將在2019年試驗24小時內使用同一枚BLOCK 5型「獵鷹」9執行2次發射任務；不過這不僅取決於火箭本身，還對發射場及測控等提出要求。此前，美空軍已經表示，東靶場已於2017年完成升級，其已經具備了支持24小時內發射兩枚火箭的能力。

二是重複使用次數成倍增加。目前SpaceX公司回收的「獵鷹」9火箭為BLOCK 3型或BLOCK 4型，最多使用2-3次。其中大部分回收的BLOCK 3型火箭再次發射後都沒有進行回收，直接墜海銷毀，實際使用2次；BLOCK 4型火箭儘管重複使用後再次回收，但最多再使用1次。而SpaceX公司表示，BLOCK 5型火箭重複使用次數至少為10次，這還是回收後不進行任何整修的情況下；若回收後「做適當的整修」，改型火箭可使用高達100次。

發射成本進一步降低。為了吸引更多的客戶選擇復用火箭，SpaceX公司將首次下調「獵鷹」9火箭的發射價格，將此前約6000萬美元的報價降低到約5000萬美元。而隨著重複使用次數的增加，發射成本可能還會進一步下降，甚至降到500萬-600萬美元。

2.3 主要改進

SpaceX公司總裁肖特維爾稱，BLOCK 5型「獵鷹」9改進有四大目標，即滿足民用和政府需求、提升運載能力、簡化製造工藝以及實現快速復用。主要體現在以下三個方面：

繼續提高火箭運力。SpaceX公司稱，BLOCK 5型火箭推力進一步提高，單台「隼1D」發動機海平面推力可達845千牛,單台真空「隼1D」發動機為978千牛，推力增加大約10％。此外，由於燃料加註過程進行修改，煤油和液氧改為在倒計時還剩35分鐘時同時開始加註，此前是在倒計時70分鐘加註煤油、35分鐘加註液氧。預計此舉可以加註更多燃料，進一步提高運載能力。

提高火箭的復用效率。SpaceX公司稱，BLOCK 5型火箭的改進吸收了該公司在火箭復用方面的所有經驗教訓。包括：火箭外部採用新型防熱塗料，以更好地保護一級火箭再入大氣層時受到的高溫影響；火箭一級與二級之間採用黑色級間段，以及著陸支腿採用新型熱防護材料，便於火箭復用；一級火箭9台發動機採用螺栓同火箭底部連接，而不是像以往型號那樣採用焊接方式，以縮短整修時間；火箭一級著陸支架採用可收回設計，可自行回收，而此前無法回收，只能拆卸；柵格翼和著陸支架由鋁合金改為鈦合金，防熱性能更好，且便於重複使用。

提高火箭的安全可靠性為載人做準備。為滿足NASA對於載人發射任務高安全性和高可靠性的要求，並為向國際空間站運送航天員做準備，BLOCK 5型重點改進了火箭的可靠性。包括：重新設計發動機的渦輪泵，NASA發現回收後的火箭在渦輪泵葉片上發現裂紋，因此要求SpaceX公司重新設計其「隼」發動機的渦輪泵（雖然SpaceX公司並不認為出現細微裂紋會帶來風險，但NASA出於載人飛行安全考慮還是要求其加以解決）；改進液氧儲箱中氦氣瓶的設計，避免液氧冷凝成固氧導致的爆炸（2016年9月由於氦氣瓶故障導致「獵鷹」9火箭在發射場發生爆炸）。

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未來發展

目前首飛的BLOCK 5型「獵鷹」9火箭已經運回SpaceX公司。為驗證所有改進，該型火箭將進行拆解和檢查。因此，該枚火箭及該型火箭近期將不會進行重複使用，待驗證後才會大規模重複使用。

未來SpaceX公司將生產30-50枚BLOCK 5型「獵鷹」9火箭，以進行約300次發射任務，直至被未來的BFR巨型火箭所替代。對比2017年「獵鷹」9火箭完成18次發射，未來幾年內完成300次發射任務將對該型火箭及SpaceX公司提出等更大挑戰。

此外，對於整流罩和火箭二級的回收，SpaceX公司也有不同的考慮。對於整流罩回收，SpaceX公司將繼續採用降落傘+捕獲船方式進行回收。最早SpaceX公司是考慮用直升機回收，後改為捕獲船張開大網接住使用降落傘下降的整流罩，不過截至目前，整流罩回收還未取得成功。而對於火箭二級，SpaceX公司表示，近期不會考慮回收二級，只是採集二級再入溫度、狀態等數據。

來源：美國《航天飛行現在時》/圖片來自互聯網

軍事科學院軍事科學信息研究中心 廖小剛

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