一箭24星,“重鹰”升空执行“最难”发射任务,芯级再“落败”

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  呼风唤雨◇让消费者看见品质更好的产品

  来源 |航小宇(hangxiaoyucasc)

  

  太空探索公司的“重型猎鹰”运载火箭6月25日在卡纳维拉尔角NASA肯尼迪航天中心执行了美国空军代号为“空间试验计划”(STP)2的发射任务,一举发射了24颗科研和气象观测卫星。火箭于美东部时间2时30分(北京时间14时30分)点火起飞。整个发射过程要历时超过6小时,需把所载卫星送入三条不同轨道,被太空探索公司创始人和首席执行官马斯克称为该公司“迄今难度最大的一次发射”。最后一颗卫星从火箭上分离出去的时间约为起飞后3小时34分。

  本次发射2012年就已签约,最初定于2015年年中进行,但因“重鹰”研制工作出现延误以及2015和2016年“猎鹰”9的两起事故而几度推迟。这是“重鹰”第三次升空,也是其第二次真正用于卫星发射和首次承担政府发射任务。该箭去年2月6日在肯尼迪航天中心成功进行了首飞,但当时并未载带付费客户的有效载荷,而是把一辆特斯拉电动跑车送入穿行于地球和火星之间的一条日心轨道。今年4月11日,“重鹰”首次正式用于卫星发射任务,发射了“阿拉伯星”6A通信卫星。本次发射选在夜间进行是考虑到有效载荷在入轨过程中的热控要求。

  

  新旧有别——两台捆绑助推器有明显的烧灼痕迹

  本次发射也是“重鹰”的首次旧箭复用飞行,所用两台侧捆助推器正是上次发射的回收箭,但芯级是一枚新箭。在本次发射中,它们分别在海上平台和发射台附近的陆地平台上实施了着陆回收,其中两台侧捆助推器的陆上返场回收再告成功,而芯级则摔在了海上回收平台上,再次无缘成功回收。“重鹰”首飞时的芯级落船回收就以失败告终。在4月份的第二次发射中,芯级虽在海上平台上成功着陆,但却在返航途中因海上风浪太大而翻倒。本次发射芯级海上回收地点距发射场约1240公里,是太空探索公司火箭着陆回收距离最远的一次。

  

  两枚侧捆助推器着陆画面

  

  芯级在落船回收时摔了

  美国空军同意用飞过的旧箭来进行这次军星发射是要让军方官员熟悉太空探索公司的火箭回收和整修程序。太空探索公司此前已用旧箭进行过21次(22台次)发射,并全部取得成功,携带的是NASA和商业用户的有效载荷。

  

  转场前的火箭

  加上一颗将在星箭分离后由母体卫星部署的子星,本次发射所携带的卫星数量为25颗,包括13颗为立方星,其中有2颗的情况暂不得而知。已知的23颗卫星是:

  1

  “验证与科学实验”(DSX),曾称“展开式结构实验”,又称“空间科学技术实验”(SSTE)4,美国空军研究实验室技术试验卫星,由内华达山脉公司研制,设两个公用舱,装在环形结构的“渐进一次性运载器(EELV)次级有效载荷适配器”(ESPA)上,不同适配器分离,而把适配器作为搭载高性能中小型卫星的平台,用于开展科学研究和展开式结构技术试验,重约700公斤。星上搭载了NASA的“空间环境试验台”(SET)。该星将穿越地球辐射带,利用所载仪器测定甚低频无线电波对空间辐射的影响、空间天气条件以及辐射对电子设备和卫星材料的影响。

  2-7

  “气象、电离层与气候星座观测系统”(COSMIC)2-1~6,中国台湾“国家太空中心”与美国国家海洋与大气管理局(NOAA)合作的对地观测卫星,又称“福卫”7A~F,采用GPS掩星测量技术,用于采集天气预报以及电离层、气候和重力研究用的大气数据,具备GPS、“伽利略”和GLONASS卫星跟踪能力,测量数据将被纳入全球天气预报部门的数值预测模型。“福卫”7/COSMIC-2是“福卫”3/COSMIC项目的后续任务,性能和精度有所提高,原拟设12颗卫星。这些卫星采用萨里卫星技术公司(SSTL)的SSTL-100平台,有效载荷由NASA喷气推进实验室提供,每颗发射重量228公斤,设计寿命5年。中国台湾方面负责卫星设计、采购和总装及有效载荷安装,美方负责发射。美国空军参与了该项目,为前6颗卫星提供了两种空间天气有效载荷。另6颗卫星“福卫”7G~L(COSMIC-2B1~6)原定2020年发射,但2017年10月因经费问题被砍。

  8

  “绿色推进剂注入任务”(GPIM),NASA和鲍尔宇航与技术公司合作的技术试验卫星,采用由空军研究实验室开发的AF-M315E新型低毒硝酸羟胺(HAN)燃料,重约180公斤。与肼等操作危险性很高的常规推进剂相比,AF-M315E操作更安全,费用更低,且性能和效率更高。卫星采用鲍尔的BCP-100平台。星上推进系统由航空喷气发动机洛克达因公司研制。星上还载有美国国防部的其它实验性科学有效载荷。

  9

  “轨道试验台”(OTB)1,通用原子公司(原萨里卫星技术美国公司)专用于为用户搭载各类有效载荷的技术验证卫星,采用SSTL-150平台,可使用户无需专门花高价采购发射服务,发射重量138公斤,设计寿命5年。星上搭载的有效载荷包括NASA技术验证用的“深空原子钟”(DSAC)小型化超精密汞离子原子钟,其稳定性是现今最好的导航星钟的100倍。星上还搭载的一件天葬有效载荷,内装152位逝者的骨灰。

  10

  “海军研究生院卫星”(NPSAT)1,美国海军研究生院低成本技术验证卫星,将试验低成本指令与数据处理分系统等技术,重80公斤。

  11

  “眼睛”(Oculus)ASR,又称“纳星”6,密歇根理工大学航空航天学生社团组织设计建造的纳型技术卫星,用于改善和验证利用地面不清晰图像确定在轨物体姿态的技术,重70公斤。

  12

  “邻近”(Prox)1,佐治亚理工大学技术卫星,又称“纳星”7,配备热和可见光成像仪,将与所部署的“光帆”B三体立方星配合,验证低地轨道飞行轨迹自动控制技术,拍摄“光帆”B太阳帆展开过程的图像,并进行太阳敏感器、小卫星推进系统和轻质热成像仪技术试验,重约60公斤。它将测试一台3D打印推力器和一个小型化陀螺仪。

  13

  “光帆”B,美国行星学会三体立方星技术验证卫星,将由“邻近”1部署,设展开后面积32平方米的4个三角形帆面,用于验证利用阳光来推进航天器的太阳帆技术,重5公斤。“光帆”是2005年发射失败的“宇宙”1项目的后续任务。2015年发射的“光帆”A已对帆面展开技术进行了验证,但因所入轨道仍存在大气阻力而无法进行太阳帆推进试验。“光帆”B轨道高度将增加,可摆脱上层大气阻力的影响。该项任务项目经理、普渡大学教授斯潘塞称,利用太阳帆推进,该星轨道高度应能每天升视大概半公里。行星学会希望证明这项技术能用于未来的探测任务,但眼下尚无后续任务规划。

  14

  “低轨姿态相关机动与碎片仪表测量”(ARMADILLO),简称“犰狳”,得克萨斯大学奥斯汀分校三体立方星技术卫星,用于研究低地轨道亚毫米尺度空间碎片环境,并开展GPS无线电掩星测量等试验,重4公斤。

  15

  “猎鹰星”7,又称“游隼”,美国空军学院三体立方星技术试验卫星,用于试验光筛式太阳望远镜,重5公斤。

  16-17

  “增强型串列信标实验”(E-TBEx)A和B,斯坦福国际咨询研究所三体立方星技术卫星,在基本相同的低倾角轨道上呈串列编队飞行,配备三频无线电信标机,将有助于开展赤道等离子气泡变化过程等方面的研究,各重约5公斤。

  18

  “帕金森星”(PSat)2,美国海军学院卫星实验室1.5体立方星实验通信卫星,载有双向通信转发器,用于把遥测、传感器和用户数据从偏远环境实验地点传回实验机构,重约2公斤。

  19

  “弹道增强通信卫星”(BRICSat)2,美国海军学院卫星实验室和乔治·华盛顿大学合造的1.5体立方星技术卫星,将验证“微型阴极电弧推力器”(CAT)电推进系统,并载有一个业余通信有效载荷,重约2公斤。

  20-21

  “系绳电动力学推进立方星实验”(TEPCE)1和2,美国海军研究生院1.5体立方星技术卫星,部署后由1公里长的系绳相连,用于试验电动力学系绳推进技术,各重约3公斤。

  22

  “加州理工星”(CP)9,又称“发射环境观测者”(LEO),加州州立理工大学“理工星”项目下的双体立方星技术卫星,与下述的“野马星”(StangSat)配合使用,用于测量和记录发射过程中卫星部署器内的热和振动遥测数据,并试验几项新技术,重约2公斤。

  23

  “野马星”(StangSat),梅里特岛高中单体立方星技术卫星,与CP-9配合使用,重约1公斤。

  

  整流罩共装了24颗卫星

  在本次发射中,火箭上面级发动机要4次点火工作。在把卫星部署到3条不同轨道后,上面级最后还要做一次推进系统钝化处理机动。包括适配器,本次发射有效载荷总重约为3700公斤。上面级首先要有效载荷组合体送入高约300~860公里、倾角28.5度的低地轨道,并在那里“眼睛”ASR和12颗立方星。它接下来将第二次工作,进入高约720公里、倾角24度的一条圆轨道,以把6颗COSMIC-2以及另几颗微小卫星部署出去。上面级接下来要再点火工作两次,把DSX送入近地点6000公里、远地点12000公里、倾角43度的一条椭圆轨道。据军方官员介绍,本次发射的有效载荷重量远在“重鹰”运力之下,只占用了整流罩可用空间的约1/3,但由于要前往三条不同轨道,加上还要对火箭进行回收,所以火箭性能实际上将发挥到极致。

  粗略估算,包括所载卫星和空军从太空探索公司采购的发射服务,STP-2发射任务总价值约7.5亿美元。空军与太空探索公司签订的“重鹰”/STP-2发射合同原本拟全部采用新箭,但双方去年同意改用飞过的旧侧捆助推器。空军官员称,从“阿拉伯星”6A发射任务中回收的两枚旧箭是太空探索公司旧箭储备中“用得最轻”的,回收过程中所经受的气动力和结构载荷都相对温和。发射合同原本价值1.85亿美元,但现已降至约1.6亿美元,一个重要原因就是军方同意改用旧箭。

  STP-2任务中的军事有效载荷均为实验性的。“重鹰”要实际承担贵重的国家安全卫星发射任务,需首先通过美空军的资质认证,为此需完成多次成功飞行。马斯克已表示,“重鹰”可能会在几年内用来发射国安有效载荷。他说,“重鹰”已有许多商业客户,所以不必担心因发射次数少而影响取得国安发射资质。

  而事实上,“重鹰”已在去年战胜联合发射联盟公司的德尔它4,从美空军拿到其首份大额保密军事发射合同,将在2020财年底发射“空军航天司令部”(AFSPC)52卫星。“重鹰”这次发射1.3亿美元的合同额明显低于德尔它4约3亿美元的价位。若获准使用旧箭来执行国安发射任务,“重鹰”的价格还有望进一步下降。今年2月,“重鹰”又拿到美空军AFSPC-44(含两个有效载荷)的发射任务,发射时间是2021年。

  太空探索公司在本次发射中利用原名“史蒂文先生”、最新升级后改称“GO特里女士”(Go Ms. Tree)的高速回收船进行整流罩回收尝试,拟回收两个半罩中的一个。这是该船首次在美东海岸执行网捕回收任务。按照设计,这艘船要利用架在4根金属长臂上的一张巨网来捕获在GPS信号引导下乘可控翼伞缓缓下降的半罩。太空探索公司首执马斯克形容这张网就像是一只巨大的棒球捕手手套。为让以8倍于音速的速度从天而降的整流罩能落入网中,罩上还配备了推力器。最终,整流罩回收成功,被回收船网兜接住。

  

  此前,太空探索公司已在“猎鹰”9从范登堡空军基地进行的5次发射中派“史蒂文先生”在太平洋上进行了整流罩网捕回收尝试,但均功亏一篑。不过,太空探索公司已从海水中捞回了不少整流罩。利用“史蒂文先生”抓捕整流罩意在避免整流罩在盐水中受损。该公司对在海上溅落的“龙”货运飞船进行翻修的经历表明,对从海水中捞回的设备进行整修很费时间。不过,马斯克后来表示,对从海中打捞回来的整流罩做清洁处理可能并不会让整流罩复用变得得不偿失。

  “史蒂文先生”在“猎鹰”9火箭去年12月从加州进行的一次发射后差点儿就捉住了其整流罩。马斯克在那次发射后发推特称,两个半罩虽然还是未能落到网上,但轻柔地落入水中,正由“史蒂文先生”捞起,打算在晾干后再次使用。他称让整流罩在海水中“稍游一会儿泳”没关系。“重鹰”4月份第二次发射所用的整流罩两个半罩也进行了落海回收。马斯克称,那两个半罩将会首先投入重复使用。

  “猎鹰”9和“重鹰”发射所用的整流罩长约13米,直径5.2米。在“猎鹰”火箭助推级着陆回收和复用技术业已得到证明后,该公司正把整流罩复用作为降低发射成本的下一步。马斯克去年曾对媒体表示,整流罩造价约为600万美元。他说,“猎鹰”9第一级占发射费用的约六成,上面级占两成,整流罩则占一成。他说,另有一成为发射操作、推进剂和其它处理费用。

  End

  本文转载自“航小宇(hangxiaoyucasc)”,原标题《一箭24星,“重鹰”升空执行“最难”发射任务,芯级再“落败”》

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