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獵鷹重型運載火箭

由美國SpaceX公司開發的太空運載火箭

獵鷹重型運載火箭（英語：Falcon Heavy，縮寫「FH」），先前稱為獵鷹9號重型運載火箭，是SpaceX研發和製造的一款可重複使用重型運載火箭，是當前世界現役最大推力的運載火箭[9]。獵鷹重型運載火箭是獵鷹9號運載火箭的一個衍生構型，由一個經過強化的獵鷹9號中央芯級和兩個額外的獵鷹9號第一級組成。[10]這將能讓獵鷹重型運載火箭的LEO運載能力達到63.8噸，而獵鷹9號運載火箭全推力版LEO運載能力僅有22.8噸。獵鷹重型運載火箭一開始就按照載人標準設計，並具有向月球或火星發射載人任務的潛力。另外也可以發射小行星採礦所需要的重型挖掘機具。

獵鷹重型運載火箭
Falcon Heavy logo
獵鷹重型運載火箭測試任務發射
用途重型運載火箭
製造者SpaceX
製造國家美國
單次發射費用可回收：9700萬美元
一次性：1.5億美元 [1]
外型及質量參數
高度70米（230英尺）[2]
直徑3.66米（12.0英尺）[2]
寬度12.2米（40英尺）[2]
質量1,420,788公斤（3,132,301磅）[2]
節數2.5
酬載量
至LEO (28.5°)有效載荷
質量63,800公斤（140,700磅）[2]
至GTO (27°)有效載荷
質量26,700公斤（58,900磅）[2]
至火星有效載荷
質量16,800公斤（37,000磅）[2]
至冥王星有效載荷
質量3,500公斤（7,700磅）[2]
相關火箭
本系列獵鷹9號運載火箭
相似型號
發射歷史
現況現役
發射場
總發射次數6
成功次數6
失敗次數0
首次發射2018年2月6日 [3] [4]
末次發射2023年5月1日
輔助火箭
輔助火箭數2
引擎9台梅林1D
單引擎推力海平面: 7,607 kN（1,710,000 lbf）
真空: 8,227 kN（1,850,000 lbf）
比衝量海平面: 282秒[5]
真空: 311秒[6]
推進時間154秒[7]
燃料深冷卻LOX / 深冷卻RP-1[8]
第一級
引擎9台梅林1D
單引擎推力海平面: 7,607 kN（1,710,000 lbf）
真空: 8,227 kN（1,850,000 lbf）[2]
比衝量海平面: 282秒
真空: 311秒
推進時間187秒
燃料深冷卻LOX / 深冷卻RP-1
第二級
引擎1台梅林真空1D
單引擎推力934 kN（210,000 lbf）[2]
比衝量348秒[7]
推進時間397秒[2]
燃料LOX / RP-1

由於獵鷹重型運載火箭的藍本——獵鷹9號運載火箭——設計上的不斷演進以及處理長期積壓訂單的壓力，它的首次發射日期在過去幾年中也屢次推遲。2018年2月6日北美東部時間下午3:45（UTC 20:45），獵鷹重型運載火箭首飛成功。[11]首次發射中攜帶的有效載荷為該公司執行長伊隆·馬斯克的特斯拉Roadster跑車。[12][13]

歷史

 
SpaceX在2011年6月在范登堡 AFB SLC-4E進行獵鷹重型發射平台奠基儀式

2004年，獵鷹重型火箭第一次被提上日程。

2011年，SpaceX在一次新聞發布會上對外界公布了這一計劃。[14]

很多因素疊加導致火箭首飛被推遲5年到2018。這期間還有兩次獵鷹9號的發射事故發生。導致 SpaceX 必須把他們所有的精力都集中在事故的分析中，導致發射任務有幾個月時間的停滯。而且，將三顆獵鷹9號火箭捆綁也帶來了遠比預期要更加複雜的集成和結構上的挑戰。[15]

2017年6月，伊隆·馬斯克說到：

測試

主條目：獵鷹重型運載火箭測試任務

2018年2月6日下午3:45（北美東部標準時間），獵鷹重型火箭首飛成功，[11][17]本次是測試飛行，用於這次試飛的測試運載物是SpaceX執行長伊隆·馬斯克的櫻桃紅跑車，為特斯拉Roadster中的第一代。 此次三枚推進器中的兩枚成功回收，[11]芯級推進器回收失敗。當芯級推進器降落到大西洋時，芯級推進器用於減速的3台引擎中僅1台運作，它以約480公里/小時的速度墜落在距離無人駕駛駁船100公尺遠的海中。[18]

商業運行

2019年4月11日下午6時36分（協調世界時22:36分），獵鷹重型火箭第二次發射，也是首次商業發射，搭載阿拉伯衛星-6A在甘迺迪宇航中心39A號發射工位發射成功。[19]三枚一級助推器全部回收成功，其中兩枚側助推器回收至甘迺迪宇航中心的降落區域1和降落區域2，雖然這次改使用block5型火箭做助推器，但其整流罩為上次獵鷹重型測試任務中重複使用得來；中間芯級回收至無人駕駛駁船「我當然還愛你」上。[20]SpaceX其後發表聲明，指由於海面風浪太大，成功降落在無人船上的中央推進器劇烈搖動，並最終墜海。回收團隊因此未能把推進器運回佛羅里達州港口。

值得一提的是，兩半整流罩也被成功回收，並將在同一年年晚些時候的「星鏈」發射中重複使用[21]。而故獵鷹重型的成本可以控制得十分的低廉，另外此次推力相較演示任務有5%的提升，酬載的阿拉伯衛星被注入更高的軌道上，因此整體使用壽命有望延長至20年左右。

2019年6月25日世界協調時間06:30分，獵鷹重型火箭第三次發射，台灣福爾摩沙衛星七號藉由此次進入太空。

構想和資金

馬斯克在2005年9月的一次新聞快訊中提到了獵鷹重型運載火箭，說18個月前有客戶提出此需求。[22]他們原本計劃是建造獵鷹5號運載火箭，並對此進行了各種探索，但他們最後發現，在火箭第一級使用9台發動機的設計——即獵鷹9號運載火箭，是唯一節省成本並且可靠的旅行方案。獵鷹重型運載火箭的開發利用的是私人資本，據馬斯克所述，該火箭項目的成本超過5億美元，它的開發沒有接受任何政府融資。[23]

設計

獵鷹重型的配置包括一個結構增強的獵鷹9號作為核心組件，外加兩個消耗液態燃料的獵鷹9號作為一級捆綁式助推器。[24]概念上類似德爾塔IV 重型火箭、宇宙神V重型火箭以及俄羅斯的安加拉A5V火箭。

運載能力

當獵鷹重型的一級三個助推器進行回收時，可以將20-50噸載荷運送到低地球軌道（LEO）,而如果完全消耗火箭的全部助推器，則可以將60噸貨物運送到低地球軌道[25]。

結構設計[26]

第一級

總覽

獵鷹重型運載火箭的第一級由三個助推器組成，側面的兩個助推器帶有降低空氣阻力的鼻錐。當火箭起飛後，中級的助推器在短暫的燃燒後會被關閉，直到兩側的助推器燃料耗盡並且分離之後，中間的助推器將重新點燃以全推力運行。

引擎

獵鷹重型的三個助推器每個都包含了9個梅林引擎，總共27個，這些引擎使用液氧煤油推進劑（RP-1），在起飛時能提供超過5,130,000磅（2327噸）的推力。

著陸腿

獵鷹重型的三個助推器每個搭載了4個由碳纖維和蜂窩鋁材料製成的著陸腿，這些著陸腿將在著陸前打開，使得助推器能平穩的著陸。

中間級

中間級是用來連接中間的助推器和第二級的結構，用來在第一級推進劑耗盡時將第一級與第二級分開。用來在回收降落時控制姿態的柵格舵也安裝在這一級，

第二級

獵鷹重型的第二級基本與獵鷹9號的一致，在與第一級分離後，第二級搭載的真空梅林引擎將載荷送往目的軌道。

整流罩

獵鷹重型的整流罩由碳複合材料製作，用於在大氣層內降低風阻並且保護載荷，SpaceX計劃對整流罩進行回收以進一步降低火箭的發射成本。

歷次發射及負載

參見：獵鷹9號與獵鷹重型運載火箭發射任務列表

由於獵鷹9號運載火箭性能的改進，一些飛往 GTO 的重型衛星，例如 Intelsat 35e（英語：Intelsat_35e）[27] 和 Inmarsat-5（英語：Inmarsat-5） F4[28] 最終在獵鷹重型首次亮相之前發射。 SpaceX 預計首次商業獵鷹重型發射將在首飛成功後三到六個月內進行，[29][30]但由於延誤，第一個商業有效載荷Arabsat-6A（英語：Arabsat-6A）在首飛成功一年兩個月後於 2019 年 4 月 11 日成功發射。 SpaceX 希望從 2021 年開始每年進行 10 次發射[31]，但 2020 年或 2021 年都沒有進行任何發射。


獵鷹重型運載火箭發射列表[32]
發射編號 發射日期 荷載與質量 荷載業主 價格 結果
1 2018年2月6日
20:45 UTC[33] 		埃隆·馬斯克的特斯拉Roadster
~1,250公斤（2,760磅）[34] 		SpaceX 公司內部定價 成功[35]
在這次演示飛行中，一輛特斯拉跑車被送入火星轉移軌道。[36][37] 兩側助推器成功著陸；中心助推器墜入海洋，在著陸燃燒期間其兩個發動機未能重新點燃而被摧毀，並損壞了無人機船的兩個發動機。[38]
2 2019年4月11日
22:35 UTC[39] 		Arabsat-6A（英語：Arabsat-6A）
6,465公斤（14,253磅）[40] 		阿拉伯衛星通信組織（英語：Arab_Satellite_Communications_Organization） 保密的[41] 成功[42]
阿拉伯聯盟購買的重型通信衛星。[43] 三個助推器全部成功著陸[44]，但中心級心隨後因風浪大而在運輸過程中傾倒並損壞。[45] 兩個側面助推器在下一次的 STP-2 發射中被重複使用。[46][47]
3 2019年6月25日
06:30 UTC[48] 		美國空軍 太空測試計劃 STP-2（英語：Space Test Program）
3,700公斤（8,200磅） 		美國國防部 1.609億美金[49] 成功
該任務是美國空軍國家安全太空發射（英語：National_Security_Space_Launch）（以前稱為 EELV）為獵鷹重型火箭進行認證的過程的一部分。[43] 最初的合同價格為 1.65 億美元，後來有所降低，很大程度上是因為軍方同意使用重複使用側面助推器執行任務。 次要有效載荷包括軌道飛行器：LightSail 2 太陽帆衛星（英語：LightSail#LightSail_2）[50]、綠色推進劑任務（英語：Green_Propellant_Infusion_Mission）[51][52][53]、OTB（承載深空原子鐘[54][55]）、六個福爾摩沙衛星七號 (FORMOSAT-7)[56][57]、 Oculus-ASR[58]、 Prox-1[50]、 和 ISAT（英語：Innovative_Space-based_Radar_Antenna_Technology）[59]。 此次發射成功重複利用第二次獵鷹重型飛行的助推器。[30][46] 中心核心助推器未能成功著陸並在著陸時在大西洋撞毀。[60]
4 2022年11月1日
13:41 UTC[61] 		美國太空軍 USSF-44
~3,750公斤（8,270磅） 		美國太空軍，千禧太空公司（英語：Boeing_Satellite_Development_Center#Subsidiaries），洛克希德馬丁太空公司（英語：Lockheed_Martin_Space） 約1.3億美金

(一筆2.97億美金的訂單，包括此次發射和另外兩次獵鷹9s火箭發射。[62][63])

成功
獵鷹重型飛機的首次機密飛行。該合同給到SpaceX的價格不到典型德爾塔-4重型運載火箭發射價格（4.4 億美元）的 30%。有效載荷包括兩顆獨立的衛星和至少三個額外的共享乘車有效載荷（包括 TETRA-1）[64]，發射時重量約為 3.7 噸（8,200 磅）。[65] 它們是在直接向著地球同步軌道發射的，首次進行按計劃的部分消耗式發射，即故意消耗沒有安裝著陸所需的網格鰭和起落架的中心核心[66]，而兩個側面助推器降落在卡納維拉爾角空軍基地的1號與2號著陸區[67]。本次發射原定於 2022 年第一季度進行，但由於載荷問題推遲至 2022 年 11 月 1 日。[68]

第二級由於其後續燃燒之間的滑行階段較長而特別配有一條灰色條帶，以便在較長的滑行期間吸收更多來自陽光的熱量來加熱 RP-1煤油 煤油箱，這是獵鷹重型的第一級，也是獵鷹火箭的第三級 。當天氣太冷時，煤油（其凍結溫度比獵鷹液氧氧化劑高得多）在凍結固體之前會變得粘稠且呈泥漿狀。 如果直接泵入，泥漿狀的燃料可能會阻止點火,損壞上級的梅林發動機。[69]

5 2023年1月15日
22:56 UTC[70] 		USSF-67
~3,750公斤（8,270磅） 		美國太空軍 3.17億美金
(包括新的基礎設施[71]) 		成功
在消耗性配置中使用了新的中心核心（沒有網格尾翼或起落架），而兩個重複使用的[72]側助推器降落在卡納維拉爾角空軍基地的1號與2號著陸區。第二級也具有用於吸熱目的的灰色帶，USSF-44 任務類似。 [73]
6 2023年5月1日
00:26 UTC[74] 		ViaSat-3（英語：ViaSat-3）(Aurora 4A)[75][76]
G-Space 1 (aka Nusantara-H1-A) 		Viasat（英語：Viasat, Inc.）
Astranis（英語：Astranis）
Pacific Dataport（英語：Pacific Dataport）
PT Pasifik Satelit Nusantara（英語：PT Pasifik Satelit Nusantara） 		成功
獵鷹重型火箭最初計劃發射 Viasat-2 衛星，但由於延誤，改為了使用亞利安5號運載火箭[77]。Viasat 保留了發射選擇，並使用獵鷹重型火箭發射了下一顆Ka波段衛星 - 這顆衛星旨在為美洲地區提供服務。 Astranis 的 microGEO 衛星 Arcturus 於 2021 年 9 月下旬作為獨立的輔助有效載荷添加。經過一系列 MVac 發動機燃燒和長時間滑行後，獵鷹重型火箭的上級在T+4:32:27將衛星部署到近地同步軌道。[78][79]上級繼續成功部署額外的有效載荷，G-Space 1 和 Arcturus。 第二級有一條灰色帶，原因與 USSF-44 航班相同。 這是獵鷹重型火箭首次發射耗盡所有三個第一級核心的發射。
7 2023年7月29日
03:04 UTC[80] 		Jupiter-3 (EchoStar-24（英語：EchoStar#Satellite fleet）)[81] EchoStar（英語：EchoStar） 成功
最重的商業地球靜止衛星發射，重9,200公斤（20,300磅）。第二級有一條灰色帶，原因與 USSF-44 飛行相同，但這次它被配置在海岸中段。 [81]核心依然被消耗掉，兩枚助推器回收著陸。此次發射嘗試回收整流罩。
8 2023年10月13日
14:19 UTC[82] 		靈神星軌道器 美國國家航空暨太空總署(NASA)
(發現計劃) 		1.17億美金[83] 成功
獵鷹重型火箭將 2.6 噸（5,700 磅）重的靈神星軌道器發射到日心軌道。從那裡出發，軌道器將訪問主小行星帶中的靈神星。[83]核心被消耗，兩枚助推器回收著陸。
9 2023年12月29日
01:07 UTC[84] 		美國太空軍 (X-37試驗機B OTV-7（英語：OTV-7）)
約6,350公斤（14,000磅） + OTV 負載 		空軍快速能力辦公室（英語：Department of the Air Force Rapid Capabilities Office）[85]/美國太空軍 1.49億美金[86][87] 成功
獵鷹重型運載火箭的第三次機密飛行，於 2018 年 6 月獲得。這次任務將是第二架 X-37B 飛行器的第四次飛行，也是 X-37B 計劃中的第七次飛行，也是 X-37B 首次飛往高地球軌道。[88][89][90] 它將包括 NASA 的 Seeds-2 實驗，研究長期太空飛行期間天基輻射對植物種子的影響。 [91]
10 2024年6月25日
21:26 UTC[92] 		GOES-U氣象衛星（英語：GOES-U） 美國國家航天局 (NASA) 1.525億美金 成功
2021年9月，美國國家航天局授予SpaceXGOES-U（英語：GOES-U）地球靜止軌道氣象衛星的發射合同[93]。本次發射使用三枚一手獵鷹火箭，其中兩枚助推器將在卡納維拉爾角完成著陸回收，中間級被消耗。由於兩次點火的時間間隔較長，火箭第二級會包裹灰色條帶用於保溫。
11 2024年10月14日
16:06 UTC[94] 		歐羅巴快船 美國國家航天局
行星任務計劃辦公室 		1.78億美金 成功
歐羅巴快船將對木衛二進行詳細勘測，並使用一套先進的科學儀器來調查這顆冰冷的衛星是否具有適合生命生存的條件。主要任務目標是生成木衛二表面的高解析度圖像，確定其成分，尋找近期或正在進行的地質活動的跡象，測量衛星冰殼的厚度，尋找地下湖泊，並確定木衛二海洋的深度和鹽度。該任務將飛越火星和地球，然後於 2030 年 4 月抵達木星。這是獵鷹重型火箭第二次耗盡三台第一級核心的發射。[95][96]

參考

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外部連結

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