“重型獵鷹”運載火箭

“重型獵鷹”（Falcon Heavy，簡稱FH）是一款由美國私立太空公司“SpaceX”（太空探索技術公司）建造的可重複利用運載火箭。

“重型獵鷹”火箭是現役推力最大的運載火箭。其近地軌道運載能力達63.8噸，地球同步軌道運載能力為26.7噸。

美國東海岸時間2018年2月6日16點45分，在經歷了兩次臨時推遲之後，重型獵鷹攜帶一輛紅色2008款特斯拉Roadster跑車，從卡納維拉爾角的約翰·菲茨傑拉德·甘迺迪國家航天中心LC-39A發射工位成功發射升空，這是重型獵鷹的首次試射。1分3秒後，達到最大空氣阻力點（Max-Q）；升空後2分3秒，助推器分離；3分07秒，一二級火箭分離；7分58秒，兩枚助推火箭同時著陸。但芯級火箭由於減速發動機沒點燃而沉入了大西洋，回收失敗，但該火箭芯級原已無法重複利用，對發射任務無較大影響。2018年12月20日，“獵鷹重型”當選為2018年度科技類十大流行語。

基本介紹

• 中文名：“重型獵鷹”運載火箭
• 外文名：Falcon Heavy
• 高：70米
• 寬：寬12.2米
• LEO運載能力：63.8噸 
• GTO運載能力：26.7噸 
• 起飛推力：2280噸
• 起飛質量：1420.8噸 
• 首飛時間：美國東海岸2018年2月6日16點45分
• 發射地點：美國佛羅里達州甘迺迪航天中心

研製歷史

2011 年 4 月份，那時只有三十幾歲的馬斯克還沒有成為“鋼鐵俠”，SpaceX 和特斯拉也遠沒有形成如今這樣的譽滿天下的影響力。但也正是在這樣的背景之下，馬斯克卻通過寥寥幾位記者向世界宣告了“他想要造出重型獵鷹火箭”的瘋狂想法。

“重型獵鷹”（Falcon Heavy）運載火箭原計畫2013年首次發射，後因各種原因推遲至2018年發射。

2016年12月28日，SpaceX發布了獵鷹重型火箭首張照片。據稱，它將是世界上運載能力最大的火箭，是當時運載能力最大火箭的2倍。

2017年12月，馬斯克曾宣布，該火箭將攜帶一輛屬於他個人的特斯拉跑車，將其發射到一條位於地球和火星之間的環太陽軌道上，並將掠過火星。“太空探索”公司稍後發布了這輛汽車被安裝到火箭上的照片。

2018年1月24日，“獵鷹重型”火箭首次進行火箭發動機靜態點火測試。“獵鷹重型”火箭的27個梅林發動機完成了靜態點火測試，時間持續約10秒。

2018年2月7日（台北時間），“獵鷹重型”運載火箭從美國佛羅里達州甘迺迪航天中心發射升空。火箭的兩個助推器成功在著陸器區同時回收。但芯級火箭按計畫接近大西洋上的無人海上平台試圖著陸時，出現故障墜海。火箭攜帶一輛櫻桃紅色特斯拉跑車作為載重測試。

性能數據

獵鷹重型運載火箭高70米，寬12.2米，重量為1420.8噸，起飛時 27 台梅林1D發動機同時工作，可以提供高達2280多噸的起飛推力。發射初級階段所有引擎提供的總推力逾500萬磅，可送入近地軌道的有效載荷高達14萬磅（約合63.8噸），為現役太空飛行器之最，僅次於當年執行阿波羅計畫的“巨無霸”土星五號重型運載火箭（140噸）。

重型獵鷹首飛

如果以其近地軌道（LEO）有效載荷63.8噸、最大起飛重量1428噸算，“重型獵鷹”運載係數高達0.0447。“重型獵鷹”的GTO軌道運載能力係數高達0.0187。

基本技術數據

地球同步軌道運載能力（GTO）：26.7 噸

火星軌道的運載能力：16.8 噸

第一級

獵鷹重型助推-芯級-助推布局

地面推力：2282噸（27台梅林1D發動機）

真空推力：2468噸

第二級

真空推力：95.3噸（1台真空梅林1D發動機）

多發動機組合

“獵鷹重型”運載火箭一子級採用27台Merlin-1D+發動機，是當前世界上發動機數目最多的火箭。在傳統設計理念中，為避免採用多發動機導致複雜的耦合振動、火箭推重比下降、系統可靠性降低等問題，火箭一子級發動機數目通常控制在10台以內。歷史上曾有N-1火箭一子級採用了30台發動機，但其四次發射均以失敗告終。“獵鷹重型”運載火箭一子級大膽採用了挑戰傳統的27台發動機方案，但採用先進的設計手段確保了其高可靠性。

動力冗餘

“獵鷹重型”運載火箭所採用的動力冗餘技術是指在其主動段飛行過程中，當1台或多台發動機發生故障，在不影響其餘發動機正常工作的情況下，箭載控制系統對故障發動機實施緊急關機、故障隔離，繼續執行並完成主發射任務的一項技術。該技術極具挑戰性，涉及的主要關鍵技術包括：一是動力系統故障診斷隔離技術；二是彈道線上規劃與重構技術。

輕質箭體結構

“獵鷹重型”運載火箭採用了新型輕質箭體結構技術，氧箱利用鋁鋰合金殼體橫造技術既能保證安全又可大幅降低結構重量，燃料箱利用箱壁桁條以及環形結構設計增加其承載能力。整流罩、助推頭錐採用的複合材料，確保了質量最輕。該火箭還按照NASA載人發射標準進行了結構安全裕度設計。與其它火箭採用25%的結構安全裕度不同，“獵鷹重型”火箭是按比飛行載荷高出40%的結構安全裕度來設計的。儘管結構安全裕度高於其它火箭，但“獵鷹”重型運載火箭火箭捆綁助推器的重量比高達30，優於史上任何火箭。

重複使用

“獵鷹重型”運載火箭一子級各個通用芯級均安裝有柵格舵，可用於輔助箭體再入過程中姿態穩定控制，並提供一定的氣動阻力用於減速。各個通用芯級的著陸裝置為四個支腿，在火箭發射後的上升段及再入過程中收攏於箭體，當火箭一子級減速即將著陸於地面或海上平台之前展開；支腿由液壓裝置執行收攏展開，並具有展開後鎖死的能力；支腿主要由碳纖維及鋁合金蜂窩板構成，輕質且能滿足載重需求；支腿帶有液壓減震器，可進一步減緩垂直著陸帶來的巨大衝擊。

發動機節流

為保證一子級助推器分離時芯級仍有最多的推進劑，達到延長芯級飛行時間、提升火箭運載能力的目標，“獵鷹重型”運載火箭在設計之初擬採用在一子級助推器與芯級之間通過交叉管路連線實現推進劑共用的推進劑交叉輸送技術。該技術的實現難度較大，目前仍有許多難點問題待解決。

在首飛任務中，“獵鷹重型”運載火箭主要充分利用一、二子級發動機的節流變推力能力，來替代推進劑交叉輸送技術實現其擬達到的目標。該方式與採用推進劑交叉輸送技術相比可減小火箭設計複雜性，降低風險發生機率。

牽制釋放

“獵鷹重型”運載火箭採用了牽制釋放技術，在火箭豎立發射台點火起飛前，通過集成在發射台的牽制釋放系統牽制住火箭，同時讓火箭發動機豎立發射台低工況工作一段時間，對發動機主要敏感參數進行採集和評估分析，快速判斷發動機工作狀態，以提升火箭發射可靠性。

冷分離

重型獵鷹火箭的助推器分離和一二級分離均採用的無損式“冷分離”模式（主要為冷氮噴射或機械式推桿）也是一大亮點，其相較於更為傳統的爆炸式“熱分離”無疑會更具優勢。

重型獵鷹助推器分離

套用前景

馬斯克希望在獵鷹重型火箭發射成功後，通過它搭載Dragon飛船、實現載人環遊月球軌道並安全返回地球的計畫，時間則是2018年內。

發射意義

重型獵鷹火箭自身的超強性能和絕佳的性價比一舉打破了多項世界紀錄，使其成為目前人類現役的火箭中運載能力最強的一款。

對於美國航天業來說，獵鷹重型火箭的成功發射意味著在太空梭退役後，美國人又一次有了將太空人帶入太空的能力，無需再依賴俄羅斯飛船。而另一方面，作為目前世界上運載能力最強的火箭，獵鷹重型火箭的運載能力是目前最大火箭的兩倍，它的成功發射意味著人類探索太空的一個新開端。

發射記錄

運載火箭	發射日期	起飛時間	有效載荷	軌道	發射場	結果	備註
重型獵鷹	2018.2.7	4:45	櫻桃紅色的特斯拉Roadster跑車	TMI（地火轉移軌道）	約翰·菲茨傑拉德·甘迺迪航天中心LC-39A發射工位	成功	首飛； 雙助推器成功回收，芯級助推器回收失敗
重型獵鷹	2019.4.11	18:35	“阿拉伯星”（Arabsat）6A型通信衛星		約翰·菲茨傑拉德·甘迺迪航天中心LC-39A發射工位	成功	SpaceX利用無人駕駛船舶成功回收了其核心助推器。然而在駛往佛羅里達海岸的途中，這枚助推器卻意外墜入海洋