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李会超:副总统的死命令,商业航天搞不定——写在猎鹰重型火箭首次商业发射之后
关键字: SpaceX美国登月计划猎鹰重型火箭美国航天【文/观察者网专栏作者 李会超】
去年猎鹰重型火箭首飞时,在地球附近飞行的红色跑车和宇航员假人为其赚足了眼球。4月11日,SpaceX公司的猎鹰重型火箭的第二次飞行取得成功,将Arabsat-6A卫星成功送入同步转移轨道。此次飞行也是猎鹰重型火箭的首次商业飞行,开启了这型火箭的商用之路。本次发射堪称完美,除了成功将卫星送入轨道外,两个助推器和芯一级也全部成功回收。然而,本次发射也反映出了猎鹰重型火箭技术上的一些局限性——它并没有一些人认为的那样神乎其神。
给卫星续命不彻底
Arabsat-6A通信卫星的运营机构为阿拉伯通信卫星组织,这个组织有21个阿拉伯国家共同兴办,为阿拉伯地区国家提供通信卫星服务。虽然“金主”是阿拉伯人,但这颗卫星由美国公司设计制造,也由美国公司的火箭负责发射。Arabsat-6A卫星采用了洛克希德·马丁公司的A2100卫星平台,重量为6.46吨,除了能为阿拉伯国家集中的中东地区提供服务外,还能为北非和东欧的部分地区提供服务。
猎鹰重型火箭发射Arabsat-6A
通信卫星一般工作在赤道上空、距离地面36000公里的地球同步静止(GEO)轨道上。在这里,卫星绕地球自转的角速度与地球自转的角速度刚好相同,卫星可以相对地面保持静止,从而可以连续的为某一特定地区提供服务,地面上的卫星天线(也就是俗称的“大锅”)的指向在初次调好后就无需再做调整。发射工作在这种轨道上的卫星时,火箭首先携带卫星进入距离地面几百公里的近地圆轨道上,并关机滑行。在滑行到合适位置后,火箭将再次打开发动机,将卫星送入同步转移轨道(GTO)上去。这是一条一端与近地轨道相连,另一端与同步轨道相连的椭圆轨道。
以往,在GTO轨道的远地点开机加速、进入轨道的操作一般由卫星本身的发动机来完成,需要消耗卫星携带的燃料。卫星在轨工作期间,发动机同样需要消耗燃料对卫星进行轨道和姿态的维持,从而使卫星始终处在正确的位置、天线始终朝向正确的方向。一旦燃料耗尽,即便卫星其他器件都还能正常工作,卫星很快也会因为姿态无法维持而退出服务。卫星携带的总燃料是一定的,如果能够减少变轨过程中消耗的燃料,则能够将更多的燃料留给在轨工作期间使用。据阿拉伯通信卫星组织CEO在发射前透漏的信息,Arabsat-6A之所以选择猎鹰重型火箭,是因为其更高的推力能够给卫星带来更长的寿命。
(本次发射的时间线)
今年2月,与Arabsat-6A配置基本一致的Saudi Geostationary Satellite-1/Hellas Sat-4卫星由欧洲的阿丽亚娜5型火箭发射,其预计的在轨寿命能够达到15年。而使用猎鹰重型火箭发射的Arabsta-6A,则被续命到了18-20年。近年来,使用能够在轨道上长时间工作、多次点火飞行的火箭上面级,直接将卫星送入GEO轨道的发射变得越来越多。例如,在部署北斗导航卫星系统的过程中,我国的远征一号上面级就多次执行了直送GEO轨道的任务。而猎鹰重型火箭此次还是将Arabsat-6A送入了GTO轨道,从GTO向GEO的转移仍需要使用卫星本身的动力,“续命”并不彻底。实际上,SpaceX并没有单独研发上面级,猎鹰9号和猎鹰重型火箭基本相同的第二级能够在轨道上较长时间滑行和多次开关机,在一定程度上具备上面级的技术特征。然而,也许是受限于第二级的技术水平,SpaceX目前还没有进行过直送GEO轨道的发射。
(上面级是一种既具备火箭又具备轨道器特征的航天器,图为远征一号上面级正在工作。)
鱼和熊掌不可兼得
作为被一些人称为“地表最强”的运载火箭,猎鹰重型火箭的标称GTO运载能力可达26.7吨。用这样一颗能力巨大的火箭发射仅有6吨多重的Arabsat-6A到GTO轨道,似乎是大马拉小车的能力浪费。然而,在实现助推器和芯一级全部回收的情况下,猎鹰重型火箭的GTO运载能力将会锐减到8吨。也就是说,“地表最强”的运载能力和可回收重用的功能是鱼和熊掌,不能在同一次发射中兼得。
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- 责任编辑:孙武
- 最后更新: 2019-04-17 08:38:39
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