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作者 | 張雪松
北京時間下午2:30分，美國SpaceX公司的重型獵鷹火箭成功進行了第三次發射。常言道事不過三，又有一鼓作氣再而衰三而竭，但重型獵鷹的本次發射依然熱度不減，因為任務具有空前的技術挑戰性，仍吸引了全世界航天相關人士關注的目光。火箭發射升空后雖然芯一級回收失敗，不過其他任務圓滿完成，尤為可喜的是整流罩首次回收成功，算是一個意外的驚喜了。
視頻來源：WT字幕組
重型獵鷹STP-2任務是SpaceX公司歷史上難度最大的發射任務，它使用的本來就是還不算成熟的火箭型號，而且還要面對多個高難度挑戰：
火箭二級4次點火，將24顆衛星送入3個軌道面！
史上最遠距離也是再入速度最快的芯級回收！
再次嘗試回收整流罩！
首先看第一項：火箭二級4次點火，這也是STP-2任務最硬核的部分了。
先來了解一下目前世界主力火箭這方面的情況。我國長征三號甲火箭第三級只有二次點火能力，為了直接發射MEO軌道的北斗衛星，還專門研制了遠征系列上面級，而遠征一號和二號只有兩次點火能力。美國航天技術水平領先世界各國，其宇宙神5和德爾塔4火箭使用氫氧上面級，具備直接將衛星送入靜止軌道的能力，但也只用到3次點火。俄羅斯倒是有點火次數更多的上面級，但無論是微風上面級還是弗雷蓋上面級，都使用常溫自燃推進劑。和它們相比，重型獵鷹火箭使用半低溫的液氧煤油推進劑，第二級還要進行4次點火，而且首尾點火時間間隔長達3個半小時，其難度是空前的。
也許有人問，獵鷹九號火箭第一級回收的過程中，有時也需要發動機進行三次點火，這看起來沒那么難吧？其實不然，火箭二級在地球軌道上長時間巡航，除了要求二級設備和發動機具備更長的工作時間，還要克服失重帶來的推進劑沉底難題，以及軌道上高低溫環境帶來的推進劑溫控等難題，這都是火箭一級回收時不曾面對的考驗。更關鍵的是，這次任務不僅是重型獵鷹首次一箭多星發射，還要把24顆衛星分別送入3個軌道面，分別是：
傾角28.5度、近地點和遠地點分別為300公里和860公里的軌道；
傾角24度、軌道高度720公里的圓軌道；
以及傾角42度、近地點6000公里、遠地點12000公里的軌道。
一箭多星、還要送入多個軌道高度和傾角都截然不同的軌道面，難度可見一斑！這不僅要求火箭具備多次點火能力，也對導航制導控制系統提出了很高要求，還要求有足夠的運力轉換軌道面。
再看第二項，史上最遠距離也是再入速度最快的芯級回收。重型獵鷹火箭的運載能力很強，STP-2任務的載荷雖然有3.7噸左右，而且需要射入3個軌道面，但重型獵鷹火箭并沒有因此運力捉襟見肘，依據就是——芯一級原定在距離岸邊39公里的回收船上降落，這是受限于卡納維拉爾角只有兩個降落點，否則完全可以讓芯一級飛回發射場，實現三枚火箭同時降落的壯觀畫面。有趣的是，STP-2任務發射前，SpaceX臨時決定將回收船部署到距離發射場1245公里外，創下有史以來最遠的芯一級船降紀錄，此前火箭芯一級海上回收距離陸地最遠的是上一發重型獵鷹火箭，為970公里。
原定回收地點離岸僅39公里，可見此次發射芯一級的超遠距離降落回收和火箭運力并無關系。有消息稱，本次發射美國空軍要求收集整流罩聲學數據，這就要求火箭加速到芯一級速度極限，模擬發射大質量衛星的場景，這可能是臨時更改為測試極限距離回收的主要原因，不過這也意味著火箭芯一級將以前所未有的速度，再入大氣層并回收。根據發射直播視頻上顯示的數據，STP-2任務中芯一級關機速度高達11080公里/小時，要比重型獵鷹第二次發射即發射ArabSat-6A衛星時10700公里/小時的關機速度還要高一些，更不要說重型獵鷹首飛時9540公里/小時的關機速度了。
箭體上的灼燒痕跡是兩枚助推器的復用勛章；嶄新的芯一級最終遺憾墜入大海。
高速度意味著再入時的超高溫考驗。遺憾的是，本次重型獵鷹沒能拿到滿分——火箭芯一級雖然順利再入，但最后沒能降落到海上回收船上，而是直接墜落到海里。從直播視頻看，芯一級火箭的減速和控制都不太對勁，事后確認是火箭的發動機艙燒穿，導致中央那臺發動機的矢量控制失效。獵鷹火箭芯一級垂直降落全靠這臺發動機的擺動來控制姿態和彈道，發動機推力矢量失效，芯一級自然無法準確降落了。
換句話說，如果將來不加強發動機艙防熱措施的話，這就是獵鷹火箭芯一級再入速度的極限了。從重型獵鷹芯一級11080公里/小時的極限速度推斷，只要試圖回收芯一級，火箭運力就要受到極大的限制，無法接近一次性使用時那令人震驚的強大運力。考慮到SpaceX公司一直要回收復用重型獵鷹的芯一級，看來未來芯一級技術迭代還有得折騰。
第三項也就是整流罩回收，這次捕獲回收成功真是意外之喜！事后有外國網友精辟總結：1.5年，3套手臂，4次換網，無數次測試，2個大洋，5次失敗，更名后終于成功回收整流罩。
此前距離成功最近的一次，整流罩在回收船幾十米外落入大海。本次，公司大老板馬斯克已經一顆紅心兩手準備，一方面繼續改進捕獲船，另一方面直接使用海里撈上來的整流罩。其實今年星鏈衛星首次發射時，就成功復用了被海水浸泡過的整流罩，但馬斯克顯然還不死心，一定要實現完美復用！捕獲船進行了最新升級：四個網臂的張角放大，擴大了捕獲網的面積；還把黃色網改頭換面變為藍色網；并將名字從“斯蒂文先生”（Mr Steven）改名為“樹女士”（Ms Tree）。也許是更新升級帶來捕獲能力升級，也許是改名帶來了好運氣，STP-2發射任務中，樹女士完美地接到了一片整流罩，火箭整流罩回收終于首獲成功！
2015年底，獵鷹火箭一級才首次垂直著陸成功，其后，馬斯克和SpaceX用很短的時間就讓獵鷹火箭回收這件事變得毫無懸念；如此說來，未來整流罩的成功回收也可能很快就成為世人習以為常的事。大家可千萬不要小看整流罩，為了保護衛星等載荷，看著只有一層殼的整流罩也是高成本的子系統，據稱它占了火箭成本的10%左右，或者說一個整流罩就價值幾百萬美元。如果日后整流罩回收常態化，獵鷹系列火箭的成本將得以繼續降低，其在世界商業發射市場上的競爭力就更是一騎絕塵了。
重型獵鷹火箭的STP-2任務已經發射成功，它還有一些其他的花絮：
這是SpaceX公司接到的價值最高的發射合同，美國空軍為此支付1.6億美元，比馬斯克報出的一次性重型獵鷹1.5億美元的發射報價還要高；
這次任務還是重型獵鷹首次夜間發射，不過對于輕車熟路的SpaceX公司來說，夜間發射早已沒有什么難度和挑戰了；
這次任務也有商業化的部分，運送了152位逝者的骨灰進入太空，包括航天員Bill Pogue和航天記者Frank sietzen的骨灰，不過這只是Celestis公司的商業項目，而且并非首次太空骨灰發射。
STP-2發射任務圓滿完成，重型獵鷹第三次發射成功，最大的贏家可以說是SpaceX公司和美國空軍。復用火箭對SpaceX公司已經不新鮮，但對美國空軍是全新事物，通過這次任務的摸索和學習，美國空軍將逐步建立重復使用火箭的使用流程和規范，未來可使用復用火箭進行更多的發射，降低航天任務的發射成本。SpaceX公司通過這次發射成功也大有收獲——獵鷹九號火箭已經通過了美國航天局和美國空軍的資格認證，重型獵鷹火箭卻還需要連續三次發射成功才行。
從2018年首飛成功開始到STP-2任務正好是三次發射，至此重型獵鷹通過美國空軍的資格認證。STP-2任務還特意驗證了多次點火和多軌道面發射能力，證明重型獵鷹火箭具備將衛星直送靜止軌道的能力。重型獵鷹火箭的運力能滿足美國空軍目前所有的發射任務需求，可預見的未來也不存在它無法發射的大型衛星，看來，傳統軍事發射承包商美國聯合發射聯盟（ULA）的好日子是要到頭了。獵鷹九號和重型獵鷹火箭物美價廉，在未來的國家安全發射任務（NSSL）競標中處于非常有利的位置。雖然NSSL第一階段沒有SpaceX公司，但美國空軍表示并不影響其進入第二階段競標，同時強調，未來NSSL合同將分給兩家公司，大致按照60:40的比例。現在NSSL第一階段的4家公司，聯合發射聯盟可以說是美國空軍的“親兒子”，而且歷史發射記錄保持良好；藍色起源公司和諾斯洛普·格魯曼公司的新火箭均處于不利地位，以至于藍色起源公司的老板貝索斯一再要求推遲競標。大膽預測，如果不出意外，未來NSSL合同將是SpaceX公司拿到60%而聯合發射聯盟拿到40%。同樣，三次成功發射后，價格和利潤最高的國家偵察局大型衛星發射合同，重型獵鷹火箭也有了競標資格。未來發射直送靜止軌道的大型偵察衛星，是選1.6億美元的重型獵鷹還是3.5億美元的重型德爾塔IV，或是2億多美元的火神火箭？相信美國空軍會做出明智的選擇。毫不夸張地說，重型獵鷹火箭的這次成功，讓SpaceX公司拿到軍用發射市場中利潤最豐厚俱樂部的入場券。
