北京時間 10 月 8 日上午 10 點 21 分,SpaceX 成功完成了今年的第 17 次發射。在加州范登堡空軍基地 SLC-4E 發射位利用一枚“二手”獵鷹 9 Block 5 火箭將阿根廷官方太空機構 CONAE 的 SAOCOM 1A 通訊衛星發射升空,SpaceX 今年發射次數超越去年(18次)已經十拿九穩。不少在洛杉磯附近的居民能夠用肉眼直接看到這次火箭發射的藍色軌跡,十分驚艷。
圖 | 獵鷹 9 火箭升空
此次發射依舊回收了獵鷹 9 火箭的第一級,這也是 SpaceX 的第 30 次火箭回收。而值得關注的是,此次的火箭回收地點是首次啟用的、位于美國西海岸的 LZ-4 著陸區。
圖丨LZ-4 著陸區(左)與此次發射位SLC-4E(右)(來源:Google Earth)
由于該位置距離本次火箭發射的 SLC-4E 僅有 426 米的距離,所以,在本次任務執行之前,美國空軍還特地向周邊的居民發出“溫馨提示”——如果聽到了巨大的爆炸聲,不要驚慌,那是火箭回收時產生的音爆。
(來源:Twitter 網友 Mayor Eric Garcetti?)
(來源:NBC LA)
著陸區——SpaceX 光環下的無名英雄
“可回收火箭”與“SpaceX”就如同硬幣的兩面,我們提到其中的一個詞很難不會聯想到另外一個,甚至在 2016 年,“可回收火箭”這項技術還被列為《麻省理工科技評論》“十大突破性技術”榜單,成為歷年來屈指可數的航空航天領域創新性技術。
圖丨2016 年十大突破性技術(來源:MIT Technology Review)
在可回收火箭操作的整個環節中,其前半部分的發射、一二級分離以及后半部分的星箭分離、載荷入軌都與傳統的發射任務一致。唯一不同的就在于,火箭發射數分鐘后,一二級火箭分離,火箭第一級需要調轉方向,瞄準與發射位毗鄰的著陸區并進行著陸。此時火箭的一二級助推器會同時工作,在空中燃燒起兩朵熊熊烈火,如果是恰逢這一次在夜間的發射,那么效果會更加震撼。
圖丨LZ-4 著陸區面朝大海(來源:SpaceX)
但在火箭的整個任務執行的過程中,我們最容易忽略的就是回收時的著陸區(Landing Zone),其實,它在整個任務實施的過程中扮演著重要的角色。
圖丨LZ-4 著陸區鳥瞰(來源:SpaceX)
以 SpaceX 為例,其目前擁有 5 處共兩大類的著陸區,分別是陸上的 LZ-1、LZ-2、LZ-4 著陸區(的確沒有 LZ-3)和海上的“Just Read The Instructions”和“Of Course I Still Love You”兩艘著陸船(Autonomous Spaceport Drone Ship,ASDS)。第一代的“Just Read The Instructions”著陸船已經退役,第四艘“A Shortfall of Gravitas”著陸船正在建造中,預計會在 2019 年中旬投入使用。
陸上回收——明星發射場的舊物再利用
自從 2015 年 12 月 22 日,SpaceX 成功實現一級火箭回收之后,他們的“launch,land,relaunch”之路就停不下來了,迄今為止已經完成了 30 次的回收任務(含海上)。而在今年 2 月 6 號所執行的重型獵鷹(Falcon Heavy)火箭首飛任務中更是上演了“雙龍歸來”的精彩好戲。
圖丨重型獵鷹回收(來源:SpaceX)
在重型獵鷹首飛中,兩枚助推火箭的著陸區就是 SpaceX 最早的 LZ-1、LZ-2 兩個場地,其距離起飛地 Space Launch Complex 39A(SLC-39A)的直線距離約在 10 公里左右,由原來的 Space Launch Complex 13(SLC-13)發射位改造而來。
圖丨LZ-1 著陸區遠眺(來源:NASA)
說起 SLC-13,它的歷史可算比較悠久。其第一次使用是在 1958 年,用作著名的宇宙神(Atlas)系列火箭的首款型號 SM-65 Atlas 的測試發射(當時還叫做洲際導彈)。一直到 1978 年,Atlas 的 B、D、E 和 F 型都在這里進行過測試和發射任務,這段時期也是 SLC-13 輝煌的黃金時期,也使得 LC-13 成為 Atlas 家族四個場地中使用時間最長的一個。
1978 年 4 月 7 日,SLC-13 迎來了最后一次發射任務,Atlas-Agena 火箭將 Rhyolite 衛星從這里發射升空,1980 年后,SLC-13 被關閉。
圖丨SLC-13歷史發射紀錄(來源:Wikipedia)
不過,這里面還有一個小插曲,那就是考慮到 SLC-13“悠久的歷史”,它在 1984 年 4 月 16 日被美國政府列入美國國家歷史名勝名錄(National Register of Historic Places,NRHP)。只可惜,由于疏于管理,整個發射位及配套設施被腐蝕嚴重,最終在 2012 年被拆除。
2015 年 1 月,美國空軍將 SLC-13 場地租借給 SpaceX,租期 5 年,后被改成現在為大家所熟知的 LZ-1、LZ-2 著陸區。不過,就如同在得克薩斯州的布朗斯維爾(Brownsville)自建發射場一樣,在著陸區的選擇上,SpaceX 也開始尋求多種方案以分散風險,除了著陸船之外,就是開辟另一處陸上著陸區,即今天的主角——LZ-4。
圖丨網紅航天攝影師John Kraus在發射場前(來源:John Kraus)
不同于位處東海岸的 LZ-1 和 LZ-2,LZ-4 位置在西海岸的范登堡空軍基地,毗鄰太平洋,由原來的 Space Launch Complex 4W(SLC 4W)改造而來。
從 1963 年 7 月 12 日,Atlas LV-3 火箭在這里進行首次飛行之后,一直到 2003 年 10 月 18 日,Titan 23G 火箭在 SLC 4W 的謝幕之旅,這里一共執行了 93 次發射任務。
圖丨SLC 4W歷史發射紀錄(來源:Wikipedia)
2015 年 2 月,SpaceX 拿下了 SLC 4W 位置為期 5 年的租約,將其改裝為如今的 LZ-4 著陸區。而關于 LZ-4 著陸區何時會啟用,此前觀點普遍認為會是在 2017 年 12 月 SpaceX 為銥星公司發射十顆 Iridium NEXT 衛星時將會回收一級火箭,但最終還是沒有成行,以一次性飛行的模式完成了任務。
直到 2018 年 7 月,SpaceX 公司向美國聯邦通信委員會(FCC)申請了著陸后通信許可才明確了本次的 SAOCOM 1A 任務會成為首次在 LZ-4 著陸區實施的火箭回收。
海上回收——突破想象的大膽之作
上文提到,SpaceX 在尋求解決火箭回收的場地問題上共有兩種模式,除了較為常人所理解的陸地回收之外,利用駁船在海上進行回收工作則更是一項大膽的創舉,其間經歷了最初的 4 次失敗,直到 2016 年 4 月 8 日才成功完成首次的海上回收。
為什么海上回收至關重要?因為對于執行地球靜止軌道、大載荷或者深空探索等需要較高初始速度的任務來說,獵鷹 9 號火箭無法保證一級火箭在分離之后有足夠的燃料可以返回陸地著陸區,但這類任務又會日益成為 SpaceX 的重要組成部分。在這種情況下,為了保證 SpaceX 的發射競爭力,實施海上回收就勢在必行。
(來源:SpaceX)
目前,SpaceX 共擁有“Just Read The Instructions”和“Of Course I Still Love You”兩艘著陸船,第一代的“Just Read The Instructions”著陸船已經退役,第四艘“A Shortfall of Gravitas”著陸船正在建造中,預計會在 2019 年中旬投入使用。而根據 SpaceX 官方口徑,該類型船舶被稱為自主航天港無人船只平臺(Autonomous Spaceport Drone Ship,ASDS)。
這一概念由馬斯克最早在 2009 年提出。2014 年 10 月,SpaceX 公開宣布,他們與美國路易斯安那州的一家造船廠簽訂合同,在商用駁船的基礎上為可回收火箭改裝建造著陸船。并準備將佛羅里達州的杰克遜維爾港、卡納維拉爾港以及加利福尼亞州的洛杉磯港作為著陸船的母港。
(來源:SpaceX)
第一艘著陸船是以 Marmac 300 系列海洋駁船為基礎改裝而來,被命名為“Just Read The Instructions”,于 2015 年 1 月 10 日執行了首次任務,當然是以失敗告終,目前已退役。
第二艘著陸船是以 Marmac 304 系列海洋駁船為基礎改裝而來,被命名為“Of Course I Still Love You”,目前在役,2015 年初開建,2015 年 6 月投入使用,母港為東海岸的卡納維拉爾港。
第三艘著陸船是以 Marmac 303 系列海洋駁船為基礎改裝而來,同樣被命名為“Just Read The Instructions”,以取代上一代的同名船只,2015 年 7 月開建,2016 年 1 月投入使用,母港為西海岸的洛杉磯港。
第四艘著陸船正在建造中,被命名為“A Shortfall of Gravitas”,也將部署在東海岸,預計將會在 2019 年中旬投入使用。
根據最早的信息顯示,該著陸船的尺寸為 52 米×91 米,著陸區甲板很有可能是厚厚的一層鋼板。船只由 4 臺柴油發動機提供 360 度的機動操作,搭配上精準的 GPS 定位技術和隨行有人支援船的控制命令,該著陸船相對于火箭的定位精度可達到 3 米左右。
圖中單位為英尺(來源:Musk Twitter)