[科普中国]-专家解读：猎鹰重型火箭结构大揭秘

北京时间2月7日凌晨4:45，千呼万唤始出来的猎鹰重型火箭在美国佛罗里达州卡拉维拉尔角肯尼迪航天中心功勋的39A发射平台上发射升空。据说，它是目前世界上最强大的火箭,运载能力是第二名的两倍。那么，关于猎鹰9号火箭你知道多少？猎鹰重型火箭与猎鹰9号有什么区别？猎鹰重型火箭的发射成功又意味着什么呢？此次发射的猎鹰重型火箭，将该公司创始人马斯克个人的一辆樱桃红特斯拉跑车送上天，这辆跑车最终目的地将是火星轨道，如果不出意外，它估计将在宇宙待上10亿年之久。而随猎鹰重型火箭送上天的跑车里面播放的《太空怪人》"SpaceOddity"是英国摇滚传奇大卫·鲍威为人所知的第一首歌。歌词是这样的：“地面指挥呼叫汤姆船长……检查点火装置，愿上帝与你同在（祝你好运）……我想我的飞船知道该奔向何方……告诉我的妻子，我爱她，她知道的……”两年前，大卫·鲍威在家人的陪伴下安然离世。当时，加拿大前宇航员克里斯·哈德菲尔德在社交网络推特上发文向这位音乐传奇人物致敬，并在国际空间站上演唱了这首歌曲。如今，太空探索公司首席执行官埃隆·马斯克仍然把这首歌带入未知的太空，恐怕不仅仅是致敬而已。猎鹰9号火箭结构揭秘太空探索公司比较成熟的产品是猎鹰9号火箭。该火箭是一款两级运载火箭。采用液氧煤油发动机。其中一级采用9台梅林发动机，呈圆形分布，其中8台在同一分布圆，第九台在中心位置；二级采用一台梅林真空发动机，相对于一级，二级使用的梅林发动机为提高效率喷嘴有所放大。一级为可回收状态（包括一级发动机与级间段）。根据载荷不同，载荷可以放到整流罩或者龙飞船里发射，但是一级、二级完全相同。龙飞船目前只有货运飞船，将来会有载人飞船，并且龙飞船也可重复使用。内部空间尺寸见下图：整流罩为两半罩结构，采用铝蜂窝碳面板夹层结构，其中铝蜂窝厚度约为25mm（1in）。其中货运飞船已经过多次飞行，载人飞船还处于研发试验中，未经过飞行验证。目前生产装配一个龙飞船的时间为3个月左右，目前正在优化工艺，缩短制造时间。猎鹰重型火箭与猎鹰9号有什么不同猎鹰重型火箭高70米（约20层楼高），宽12.2米，起飞重量1420吨，标称近地轨道运力高达63.8吨，约等于一架满载的波音737飞机。它是全球首款可重复使用的重型运载火箭。猎鹰重型是在猎鹰9号基础上发展而来的，其中整流罩与猎鹰9号相同，二级使用相同的发动机，结构材料相同。一级使用3个芯级并联组成，即共有27个梅林发动机，侧芯或助推器连接在中心芯级的液氧罐的底部和顶部，每个芯级相当于猎鹰9号一级，均可重复回收使用。在发射时产生22,819千牛（513万磅）的推力，起飞后不久，中心芯级降低推力，在侧芯或助推器分离后，中心芯级发动机再次完全推进。与猎鹰9号相比，猎鹰重型的三个第一级芯级和第二级芯级贮箱也均由铝锂合金制成，但是结构承载安全系数由1.2增加为1.4。普通的猎鹰9号火箭主要是为了短途发射任务设计，而猎鹰重型运载火箭未来的目标是能够成为人类前往月球或火星的主要途径。太空探索公司方面表示发射后猎鹰重型的3枚一级火箭（其中包括两枚助推器）将全部回收，其中两枚将在肯尼迪航天中心同步降落，第三枚芯一级火箭将降落在海上回收平台。由于重复使用等技术的运用，这样一枚大型火箭的单次发射报价为9000万美元，比猎鹰9号贵了45％。猎鹰重型火箭发射容易吗？在正式发射前，太空探索公司已经做了大量的准备和模拟工作。1月份，猎鹰重型火箭完成静态点火测试，该试验原计划持续12秒，主要验证火箭的点火时序，振动情况和推力平衡情况。静态点火（StaticFire）试验，又称系留点火试验，是一种火箭发射前的预先点火试验。猎鹰9号和猎鹰重型都采用了典型的牵制释放装置，而这种装置也是猎鹰9号能够进行静态点火的必要条件，因为点火后火箭推重比（火箭推力与重力的比值）一旦大于1，火箭就会离开发射架，所以必须有装置“拽”住火箭。目前世界现役的运载火箭中，仅有猎鹰9号等少数火箭设计有静态点火环节。相对于实际发射来讲，猎鹰9号的静态点火可以说是除了拽住火箭没让飞之外什么都做了。但即便如此，直到实际发射之前，我们也无法知道火箭如何在空中表演。马斯克自己此前也曾表示：“这枚巨型火箭很可能会爆炸......”“太空事业很难”，这是火箭科学家们最喜欢说的一句话，马斯克也有同感。不过好在此次发射成功进行，这是人类太空史上重要的一笔。未来，猎鹰重型也将成为spacex公司火星殖民的很大一部分，他们将在计划前期向火星发射大量物资。（编辑：p_vqizhang）