[科普中国]-猎鹰9号

研制背景

太空探索技术公司(SpaceX)由美国亿万富翁埃隆·马斯克(Elon Musk)在2002年创建，借创业精神融入到航天探索当中去为口号公然瓜分美国公产，而就在不久以前，向轨道发射火箭的活动几乎完全由政府机构控制。埃隆·马斯克是在线支付系统PayPal的创始人，他消除官方机构的严谨程序，加快实施速度和减少成本，通过不断炒作宣称将火箭发射的成本降至传统方法的十分之一。马斯克表示：“传统的运载火箭是一次性使用的，在发射后坠回地面，或在大气层中燃烧殆尽，往往只剩下一些金属残片。而垂直起降的运载火箭在落回地面后，只要稍加修复，重新加注燃料就可再次发射，大大降低了发射成本。”——然而还没有任何一台发动机实现了复用。

研制过程2014年10月19日，位于美国加利福尼亚州的太空探索技术公司日前宣布，它的“草蜢”火箭在本月初的试验中创造了一项新纪录：火箭由发射台点火后飞到744米的空中，然后又垂直降落回发射台。这家企业在其网站上公布了7日进行的试验的视频，整个试验过程持续78．8秒，火箭降回地面后外观完好。与传统运载火箭相比，“草蜢”外形上最大的不同是带有四条钢铝结构的“腿”，它们带有液压减震器。这四条“腿”使火箭能抵御垂直落回地面的巨大冲击而不致严重损坏。太空探索技术公司说，“草蜢”的试验是这家企业研发垂直起降、完全可重复使用运载火箭的“关键一步”。这家企业正在开发其“猎鹰9号”运载火箭的可重复使用版本，并在2014年9月底的一次发射中，成功回收“猎鹰9号”的部分一级火箭。

2015年1月6日19:20，由SpaceX研制的猎鹰9号（Falcon 9）运载火箭原本计划在美国卡纳维拉尔角空军基地发射升空，但在倒计时进入1分钟时发射任务被紧急中止，SpaceX称由于火箭的“二级推力矢量控制驱动器发生飘移”使得本次发射任务被紧急终止。9由于1月6日的发射窗口期仅有1秒，因此本次发射任务已经取消，下次发射的窗口在本周五，也就是1月9号，预期发射时间是美国东部时间凌晨5:09。

设计思路回收利用“猎鹰9号”第一级就比“猎鹰1号”大许多，使用9台老式莫林发动机改进型，只不过第二级比第一级稍短。它们的顶端和外层采用航天常用的超强度铝锂合金材料制造。并在后盖上面盖了特制的挡热板，用以保护“猎鹰9号”第一级和第二级在重再入地球大气层时免遭损坏，这样便可以回收再利用。

垂直降落在马斯克的构想中，不论是NASA或是民营公司都不应该任由液体燃料火箭成为一次性使用的物品，因此他要求SpaceX公司的工程师们打造浮动的海上火箭降落埠（Autonomous spaceport drone ship, ASDS），并研究液体燃料火箭在发射任务后“如何自动并垂直降落于降落埠”的技术。

这项技术的困难度在於，首先，猎鹰9号（Falcon 9）火箭高达14层楼，爬升时的速度达1600米/秒，要让直线上升的火箭“毫发无伤”地垂直下降，犹如“狂风中让橡胶扫帚柄直立於手掌上”。

其次，SpaceX公司之前曾让完成任务的燃料火箭成功降落在10公里宽的目标区内，但ASDS仅宽10米，两者难度大不同。最后，位于海中的ASDS并没有固定，要降落的燃料火箭必须借助引擎保持下降时的平衡与稳定。10

性能参数表中大部分参数来自“Falcon 9 Overview, Launch Cost ”11与“Space Launch Report: SpaceX Falcon Data Sheet ”12。13

试射意义

美国私营企业太空探索技术公司4号成功试射一枚“猎鹰9”号运载火箭，并将“龙”系列飞船的一个模型送至相应轨道。这次试飞是关于商用航天器载货乃至载人性能的一次测试。航天专家认为，它对航天业和太空探索技术公司而言均具有重要意义。

“猎鹰9号”可回收火箭若能成功试射，对太空探索领域来说将重要的探索意义，通过该火箭的自主返回技术，它将大幅缩减太空旅行的花销。若能实现火箭的全面回收，预期发射成本将降低99%。75

历次发射2012年5月22日，“龙”飞船搭载该型火箭发射升空，作为第一架飞往“国际空间站”的商业运输飞船。此后，“猎鹰9号”将作为美国航空航天局商业轨道运输服务平台正式开始其太空之旅，取代航天飞机向“国际空间站”运送货物和人员。

2013年12月3日，美国太空探索技术公司SpaceX成功向地球同步转移轨道发射通信卫星，成为美国第一家进入商业卫星发射领域的民营企业，其终极目标是让人类居住于其他星球上，并一直在开发火星殖民船。11

美国东部时间2015年1月10日4时47分（北京时间10日17时47分），美国太空探索技术公司的“猎鹰9”火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。

美国太空探索技术公司2015年1月10日说，该公司当天发射的“猎鹰9”火箭海上回收尝试以失败告终，火箭在海上浮动平台硬着陆并损毁。

美国太空探索技术公司2015年6月28日发射一枚猎鹰9号火箭执行国际空间站货运补给任务，火箭升空2分半钟后突然爆炸解体，携带约2500公斤补给的货舱也被炸毁。这是8个月内，空间站补给任务第3次失败。142015年12月21日，“猎鹰9号”火箭首次实现发射、回收全过程，同时也是人类第一个可实现一级火箭回收的轨道飞行器。

SpaceX于2016年5月28日早上上演了帽子戏法，猎鹰9号一级火箭再次成功降落在海上平台，另外，Thaicom8通信卫星成功进入地球同步转移轨道。

美国东部时间2015年1月10日4时47分（北京时间10日17时47分），美国太空探索技术公司的“猎鹰9”火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。

2016年7月18日，在完成“龙”航天货运飞船的发射任务后，猎鹰9号火箭的第一极成功着陆。1

中新网7月18日电 据外媒18日报道，美国太空探索技术公司(SpaceX)“龙”航天货运飞船7月18日发射前往国际空间站后，猎鹰9号(Falcon 9)火箭的第一极成功着陆。

美国太空探索技术公司对火箭的发射和着陆进行了直播。

火箭于当地时间17日发射，发射8分钟后，第一极按计划在卡纳维拉尔角完成垂直着陆。直播主持人在公司员工的掌声中说道：“这是一次成功的着陆。”

去年12月，猎鹰9号第一极首次在航天发射长成功着陆，此后太空探索技术公司在大西洋上的平台上进行了3次成功的火箭着陆。1

据英国广播公司(BBC)8月14日报道，美国太空探索技术公司SpaceX 14日早些时候成功在一艘海上靶船上回收了再次使用的“猎鹰九号”火箭。此前，这枚火箭将一颗日本通讯卫星送入预定轨道。15

美国太空探索技术公司2015年1月10日说，该公司当天发射的“猎鹰9”火箭海上回收尝试以失败告终，火箭在海上浮动平台硬着陆并损毁。

太空探索技术公司（SpaceX）研制的“猎鹰-9号”（Falcon 9）火箭成功地从佛罗里达州卡纳维拉尔角航天发射场40号发射台点火升空。这标志着该公司研制的“龙”号太空飞船的处女航。根据该公司和美国宇航局之间签署的合同，这种飞船将用于在NASA的航天飞机全部退役后用于向国际空间站运送补给物资。此次测试飞行中，“龙”号飞船在绕地球轨道运行两周后安全溅落于太平洋预定海域。

美国太空探索技术公司创始人伊隆·马斯克2015年4月14日兴奋地在推特上发了一张火箭升空图片。

这是该公司继2015年1月后，遭遇的又一次火箭海上平台软着陆回收失败。不过他们表示，今年6月将再次开展这项试验。

多位航天专家觉得，目前很难预测。“该公司采用的回收方式是其他国家及航天公司从来没有用过的。既不像航天飞机那样水平回收，也与航天飞机助推器借助降落伞回收不同，而是垂直回收。”航天专家、《国际太空》杂志执行主编庞之浩说。

他表示，该技术难度很大，首先要让火箭精确降落在回收平台上。这一点目前已基本实现，火箭的返回精度已达到十米左右。

同时要控制火箭的垂直姿态，这需要借助横向推力器来实现，庞之浩将此喻为“杂技般的平衡”。“火箭的长细比越大，其姿态越难控制。”他说，“这次失败也与其中一台横向推力器的推力过大有关。”

一位不便透露姓名的火箭技术专家向记者表示，此次回收失败表明，太空探索技术公司在火箭姿态控制、支架结构设计及其与箭体结构的匹配等方面还存在问题。16

自去年9月初发射台爆炸事故后，美国太空探索技术公司（SpaceX）14日迎来4个月来的首次发射任务。猎鹰9号火箭以一箭十星的方式，于当地时间14日上午9时45分从加利福尼亚州范登堡空军基地顺利升空，将铱星公司下一代通信卫星星座的首批10颗卫星送入低地球轨道，并利用太平洋上的漂浮平台成功回收了一级火箭。17

2017年10月9日，美国太空探索技术公司9日从美国西海岸发射“猎鹰9”火箭，一箭十星，成功将美国铱星通讯公司下一代全球卫星计划第三批10颗卫星发射至目标轨道。随后，火箭第一级再次成功实现海上回收。18

回收失败美国太空探索技术公司创始人伊隆·马斯克2015 年1月14日兴奋地在推特上发了一张火箭升空图片。当天，该公司的猎鹰九号火箭成功将龙飞船送向国际空间站。但在第二天的火箭回收试验中软着陆又“跌跤”。9结果火箭和平台全部损毁。

美国太空探索技术公司(SpaceX)2015年6月28日发射一枚猎鹰9号火箭执行国际空间站货运补给任务，火箭升空2分半钟后突然爆炸解体，携带约2500公斤补给的货舱也被炸毁。这是8个月内，空间站补给任务第3次失败。原本计划的火箭回收着陆试验也未能进行。

2016年1月17日，美国太空探索技术公司成功发射了搭载一颗海洋观测卫星的“猎鹰9”火箭，但此行更受关注的任务——火箭第一级海上回收尝试再次以失败告终。19

回收成功北京时间2016年4月9日凌晨4时52分，猎鹰九号搭载着龙飞船顺利升空，一级火箭助推器分离之后，再次尝试难度极高的海上回收任务。在此前多次尝试失败后，一级火箭稳稳降落在名为“我依然爱你”的海上平台，完成历史性突破.20

“猎鹰9”回收先进点

“猎鹰9”一级火箭的回收技术以着陆支架、姿态控制技术、推进剂交叉供应和高效发动机为亮点。“猎鹰9”火箭可通过主发动机3次点火制动减速，来控制火箭的下落速度，由每秒1300米减速为每秒2米。21

对未来航天影响

对“猎鹰9”海上回收成功，太空探索技术公司创始人、首席执行官埃隆·马斯克欢呼：“这是通往星空的又一步。”美国商业太空飞行协会发表声明说，快速可重复使用的火箭是更经济可行的未来太空飞行的关键，今天的成功是在这个领域“迈出的一大步”。美国空间新领域基金会说，这次降落不仅将对航天产业产生影响，也将对未来的人类创新产生影响。21

火箭爆炸当地时间2016年9月1日早上，SpaceX “猎鹰9号”火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地（Cape Canaveral Air Force Station）发射场爆炸。火箭携带的Facebook Amos-6卫星已完全被摧毁。本来，这颗卫星将于格林威治标准时间9月3日下午1点33分搭载“猎鹰9号”火箭升空，为撒哈拉沙漠以南的部分非洲地区提供互联网服务。虽然火箭爆炸所导致的震感强烈，且持续了几分钟时间，但SpaceX表示，此次爆炸并未造成人员伤亡。2

补给任务2016年4月10日，美国东部时间周日7:23(北京时间周日19:23)，国际空间站的宇航员收到了“猎鹰9号”送来的补给。这是自2015年6月上一次补给任务失败后，SpaceX首次成功完成飞往国际空间站的任务。

“猎鹰9号”火箭此次搭载了“龙”飞船，并运送了重约7000磅(约合3175千克)的补给。其中，约3000磅(约合1361千克)为“Bigelow扩展活动模块”(BEAM)，这将为国际空间站提供565立方英尺(约合16立方米)的活动空间。在到达国际空间站之后，BEAM将连接至国际空间站的Tranquility节点，并在未来4个月内进行安装。BEAM计划在国际空间站停留2年时间，帮助工程师收集这一模块在太空环境中使用的数据。22

价格和载荷SpaceX新发布了猎鹰9号和重型猎鹰的报价及其最大有效载荷，猎鹰9号标准报价6200万美元，发射至近地轨道(LEO)，最大载荷22.8吨；发射至地球同步转换轨道(GTO)，最大载荷8.3吨。重型猎鹰标准报价9000万美元，发射至近地轨道(LEO)，最大载荷54.4吨；发射至地球同步转换轨道(GTO)，最大载荷22.2吨；发射至火星，最大载荷13.6吨。如果购买多次发射任务，报价上还会有折扣。

Elon Musk补充道：“今年晚些时候，猎鹰9号的起飞推力可达775.6吨(171万磅)，重型猎鹰的起飞推力可达2313.3吨(510万磅)，是目前所有火箭的两倍，这是一个野兽..."

稍后不就，SpaceX将会再次尝试海上回收，北京时间5月5日13时21分，猎鹰9号将携带JCSAT-14通讯卫星升空，继续准备在海上回收一级火箭，如果回收成功，将会是第一次高速地球同步转换轨道(GTO)任务回收。今天静态点火已经完成，SpaceX团队正分析数据。23

火箭运力SpaceX新近公布的火箭运力表上，在役的猎鹰9号火箭低地球轨道运力为22.8吨，可以将8.3吨的物资送往同步转移轨道。另一款今年11月即将首飞的重型猎鹰火箭低地球轨道运力54.4吨，可以将13.6吨的物资送往火星，重型猎鹰将在2018年送一艘不载人的龙飞船前往火星探路。8

此次回收成功也与猎鹰9号火箭发动机的强大推力有关。在SpaceX新近公布的该公司火箭运力表上，猎鹰9号的低地球轨道运力达22.8吨，不过这是不使用回收技术的运力，要回收火箭第一级需要预留燃料，运力会下降。相比较中国新型运载火箭--长征七号的低地球轨道运力为13.5吨，猎鹰九号可以在使用机制落后的莫林发动机的情况下达到接近长征七号的成绩也充分说明了美国在冷战时代不计成本打造的航天底子实在是丰厚。此外，猎鹰9号的报价也比其他同行便宜的多--只有6200万美元。6

回收意义商业航天的最大意义是经济性。据国际航天专家估算，目前的一次性使用运载火箭将1公斤物品送入太空要花费一两万美元。通过优秀的总体设计和充分试验，“猎鹰9”火箭的近地轨道发射报价约为6000万美元，相当于每公斤载荷花费4600多美元。

在这一低成本基础上，如果能回收“猎鹰9”火箭第一级并重复使用，还可使该火箭的成本再降低70%。如能回收第一级和第二级，就能省去98%的成本。因此，大大节约火箭发射总费用的巨大空间是存在的。

从大方面说，只有解决了回收再利用难题，才能让更多大型航天器便捷地驶入更加遥远的太空。从应用层面说，如此力压成本可使人造卫星的研制费用便宜得多；回收火箭还能保障地面人员和财产安全，有利于保护环境。24

11月24日，SpaceX获得了NASA(美国国家航空航天局)的一份新合同。根据这份合同，SpaceX将在未来5年时间内为NASA发射用于海洋观测的地球科学卫星。这颗卫星主要用来探测地表水和海洋地形。按照目前的计划，NASA的这颗海洋观测卫星将由SpaceX的“猎鹰9号(Falcon 9)”火箭发射升空，预计发射日期将定在2021年4月，发射地点将在加州的范登堡空军基地(Vandenberg Air Force Base)。

着陆成功“猎鹰”9号火箭在第20次发射中，第一级火箭返回并着陆成功， 成为人类火箭工业发展的重要里程碑。“猎
鹰” 9 号火箭的研制者太空探索技术公司执着地追求运载火箭的复用， 在复用技术上进行了大量探索， 这次成
功开创了运载火箭重复使用的新途径。这条道路无论在技术上还是在商业上都是可圈可点的。

2014 年 7 月 14 日的首次试验中，“猎鹰” 9 号火箭第一级在回收船10米外落入海中， 这无异于百步穿杨的
精度大大鼓舞了太空探索技术公司。福兮祸之所伏， 接下来 2015 年回收试验却接二连三的失败了 ： 2015 年 1 月10 日“ 猎鹰” 9 号火箭的首次海上着陆回收试验中，火箭由于着陆角度问题在回收船上爆炸，甚至导致船上部
分设备损害 ；2 月 11 日的回收试验中由于落区风浪太大只能放弃， 火箭直接坠入大西洋 ； 4 月 14 日的第三次试验中，尽管针对栅格翼液压系统控制系统做了适应性改进， 但是着陆力量太大火箭第一级还是翻入海中。 更糟糕的是，6 月 28 日火箭在发射货运飞船中直接爆炸，不仅预定的回收试验化为乌有，在完成对火箭的故障检查前， 正常发射任务也不得不中止， 再次发射和回收试验遥遥无期。

祸兮福之所倚， 太空探索技术公司利用这段难得的时间改进了火箭设计，提高了制造质量，最终在年末以
大幅改进的“猎鹰” 9 号 V1.1FT（ 全推力版） 重返发射市场。不仅如此，一再争取后，美国联邦航空管理局在
最后一刻发布许可， 允许火箭第一级飞回卡纳维拉尔角的第一着陆场着陆，太空探索技术公司的新版“ 猎鹰” 9 号
火箭也不负众望，12 月 22 日上午发射后又成功的降落在着陆场上，这是人类第一枚参与轨道发射后飞回发射
场的运载火箭， 一个新的时代开始了。25

发射记录

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