重型獵鷹發射升空
提起埃隆·馬斯克，首先想到的特斯拉汽車，因為正是憑借這型消費級的產品馬斯克才得以名揚海內外。2018年2月6日，在美國佛羅里達州肯尼迪航天中心，一輛櫻桃紅2018款特斯拉Roadster跑車搭乘一枚火箭飛入了地球與火星之間的環日軌道上，成為一枚人造小行星，而搭載特斯拉汽車的是馬斯克領導的另一家公司SpaceX傾力打造的“重型獵鷹”火箭（Falcon Heavy，簡稱FH）。
櫻桃紅2018款特斯拉Roadster跑車
“重型獵鷹”火箭是SpaceX公司研發的一型重型火箭，用于執行深空探測任務，探索火星等地外行星，支持馬斯克龐大的火星移民計劃。在世界重型火箭家族當中，“重型獵鷹”不僅是一型在體量上遙遙領先的火箭，還采用了眾多先進的火箭設計和技術，是一型先進而獨特的火箭。
“重型獵鷹”一級火箭采用三芯并聯布局，用芯級火箭作為助推器，每臺芯級火箭配備9臺梅林1D+發動機發動機，采用同心圓布局，中間1臺外圈圓環8臺，三芯并聯總計27臺火箭發動機，是世界現役發動機數量最多的火箭。多發動機組合歷史上并不多見，曾經N-1火箭一子級采用了30臺發動機，但其所有4次發射均未成功?！爸匦瞳C鷹”火箭采用多發動機組合需要解決耦合振動、火箭推重比下降、系統可靠性降低等方面的問題，體現了該型火箭在設備整合上所具備的水平。
在27臺梅林1D+發動機的共同作用下，“重型獵鷹”一級火箭的最大推力可達2282噸，真空推力2468噸，遠遠超過世界現役其他火箭。
火箭發動機故障是很多航天任務發射失敗的主要原因，針對這個問題，“重型獵鷹”采用了動力冗余技術，在其主動段飛行過程中，在部分發動機出現故障時，箭載控制系統對故障發動機實施緊急關機、故障隔離，并控制其余發動機繼續完成發射任務。動力冗余技術研發難度較高，包含動力系統故障診斷隔離技術、彈道在線規劃與重構等兩項關鍵技術。動力冗余技術應用能顯著提升火箭飛行的穩定性與安全性，具有較強的借鑒意義。
“重型獵鷹”火箭采用了新型輕質箭體結構技術，液氧箱采用鋁鋰合金殼體構造技術，在確保安全的同時降低結構重量，燃料箱利用箱壁桁條與環形結構設計，可增強承載能力?！爸匦瞳C鷹”的整流罩、助推火箭頭錐采用復合材料，可顯著降低箭體重量。采用了新型材料的“重型獵鷹”，箭體在保證結構強度的同時降低了重量，將顯著提升火箭的有效載荷。
“重型獵鷹”首次發射
SpaceX不是最早開創火箭回收技術的主體，但卻最早進行了大規模應用，先期成功率并不高，隨著技術的成熟已經可以做到在大部分時候對火箭部件進行成功回收。由SpaceX出品的“重型獵鷹”也采用了火箭回收技術，三芯并聯的一級火箭裝有柵格舵，可用于輔助箭體再入過程中姿態的穩定控制，并控制反沖噴射用于減速。各個通用芯級配備了四足著陸支架，在火箭上升段及再入過程中收于箭體中，并在落地之前展開。支架由液壓裝置控制收放，并在展開后進行鎖定。該支架主要由碳纖維及鋁合金蜂窩板構成，重量輕強度大。此外，支架還帶有液壓減震器，可緩解垂直著陸帶來的巨大沖擊。
“重型獵鷹”主要對三芯并聯一級火箭及整流罩進行回收操作，對于回收的箭體部分，在沒有損壞的情況下進行重復利用，可有效降低發射成本（獵鷹9號的單發成本降到了5000萬美元）。
“重型獵鷹”運載火箭利用一、二級發動機的節流變推力能力，使得一級助推器分離時芯一級留存較多的推進劑，可延長芯一級飛行時間、提升火箭運力。
“重型獵鷹”運載火箭采用了牽制釋放技術，在火箭發射前通過集成在發射臺的牽制釋放系統牽制住箭體，同時讓火箭發動機進行低工況工作，對發動機主要參數進行采集和評估分析，快速判斷發動機的工作狀態，進而提升火箭發射的可靠性。“重型獵鷹”火箭的助推器分離及一二級火箭分離均采用的“冷分離”模式（主要為冷氮噴射或機械式推桿），其相較于傳統的爆炸式“熱分離”，這種分離可消除對艦體的損害。
“重型獵鷹”火箭高70米，芯級加助推器寬12.2米，整箭重1420.8噸，一級火箭最大推力2280噸，二級火箭真空推力95.3噸。在強大的推力基礎之上，“重型獵鷹”近地軌道（LEO）運力63.8噸（僅次于當年執行阿波羅計劃的“巨無霸”土星五號重型運載火箭（140噸）），地球同步轉移軌道（GTO）運力26.7 噸，地火轉移軌道（TMI）運力16.8 噸。對比世界其他現役重型火箭（“重型獵鷹”之外運力最強火箭是德爾塔4，LEO28.79噸，GTO14.22噸），“重型獵鷹”無論在推力還是運力方面都遙遙領先，是名副其實的世界現役最強火箭。
“重型獵鷹”的出現，不僅體現了SpaceX具備強大的技術研發實力，也體現了其背后的美國擁有全球領先的航天技術。自奧巴馬政府開始，美國逐漸放開私營企業開展航天業務，SpaceX乘著政策的東風，也擁有馬斯克這位杰出的領導者，再依靠政府這棵大樹，成功開發出了以“重型獵鷹”為代表的航天產品。
在2018年2月執行了首飛發射特斯拉的任務后，“重型獵鷹”在2019年4月11日執行了其第二次發射任務，將“阿拉伯星”（Arabsat）6A型通信衛星運送到了地球軌道。雖然“重型獵鷹”采用了眾多的先進技術和設計，但是發射次數較少還不足以檢驗它的成熟度和穩定性，其強大能力還需要更多的實踐去證明。
作者：大白高國
本文為作者原創，如需轉載，請注明出處與作者
