世界最繁忙的火箭受命停飞! 美国载人发射面临无限期推迟

轻舟一号2024-07-15 14:15:25  61

星链G9-3任务二级一次点火画面

北京时间2024年7月12日10:35,在范登堡太空军基地,“猎鹰九号”运载火箭搭载(G9-3)20颗小型二代“星链”卫星发射升空,火箭一级飞行正常,二级在执行第二次点火时出现计划外快速解体(RUD),虽然卫星成功分离,但是入轨高度偏低,近地点仅有135千米,由于阻力过大和卫星电力推进器推力太小,卫星最终都会再入大气层,发射任务失败。

世界第一型入轨级可重复使用火箭!

“猎鹰九号”运载火箭由太空探索技术集团公司(SpaceX)研制,于世界时2010年6月4日从卡纳维拉尔角SLC-40工位成功首飞。自首飞以来,该箭总计实施了354次发射,成功352次(含1次部分成功),失利2次,成功率高达99.44%。自世界时2015年6月28日CRS-7“龙”货运飞船发射失败(第19次发射)后,“猎鹰九号”火箭连续成功实施了334次航天发射,其中333次为入轨发射,创造了世界运载火箭最长连胜纪录,而G9-3任务遗憾终结了这一连胜。

“猎鹰九号”运载火箭

“猎鹰九号”/“法尔肯九号”(Falcon 9,F9)为大型两级低温液体运载火箭,采用二级串联构型,一二级主动力全部采用“默林”(Merlin)系列液氧煤油发动机。该箭为部分可重复使用运载火箭,是世界第一型入轨级可重复使用火箭,一级和整流罩可实现多次回收复用,其中一级采用航线下回收(ASDS)和返场回收(RTLS)两种回收方式。“猎鹰九号”当前在用型号为V1.2 Block5,箭长70米,一二级直径3.7米,配备直径5.2 米、长13米整流罩,起飞质量549吨,其标准近地轨道(LEO)运力22.8吨,回收状态下近地轨道最大运力超过17.4吨,标准地球同步转移轨道(GTO)运力8.3吨,回收状态地球同步转移轨道最大运力5.5吨。

“猎鹰九号”二级示意图

经初步调查,Starlink G9-3任务“猎鹰九号”运载火箭二级故障原因在于液氧泄漏。“猎鹰九号”火箭二级配备1台“默林1D”真空改进版(Merlin 1DV+)发动机,真空推力约95吨,真空比冲约348秒,具备多次启动能力。与海平面版相比,真空版发动机加大了喷管面积比,比冲更高。

“猎鹰”系列火箭将无限期停飞,载人航天受影响最严重

本次事故过后,“猎鹰九号”被美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration,FAA)要求停飞。美国联邦航空管理局(FAA)于7月12日表示,将要求对这一异常情况进行调查。并表示,美国联邦航空管理局将参与调查全过程,太空探索技术公司的最终报告和所有纠正措施必须得到该机构批准。恢复飞行的前提是美国联邦航空管理局确定与事故有关的所有系统、流程或程序都不会影响公共安全。

星链G9-3任务载荷画面

对于航天活动而言,“归零”工作短则数周,多则数月甚至逾年。由于“重型猎鹰”采用了与“猎鹰九号”一样的二级,这意味着“归零”期间,太空探索技术公司的“猎鹰”系列运载火箭都将停飞,将会使得大量航天发射延期实施,从“星链”、 “运输车-11”等商业发射任务到载人航天任务、深空任务,其中对载人航天任务的影响将是更为明显的。

“龙”载人飞船

按照原计划,“猎鹰九号”将在美东时7月31日执行“北极星黎明”(Polaris Dawn)商业载人发射任务,将4名商业乘客送往更高的近地轨道,并执行世界首次商业太空行走。8月,“猎鹰九号”将执行2项来自美国航天局的国际空间站载人航天任务,其中,8月上旬将实施“天鹅座-21”货运飞船发射,8月中旬将实施Crew-9“龙”载人飞船发射。

“龙”载人飞船

此番,“猎鹰九号”火箭无限期推迟发射,也将使得即将到来的载人航天任务面临无限期推迟,其中对于美国航天局国际空间站任务的影响将更为强烈。近地轨道载人空间站是人类在近地轨道的常驻基地,需要进行一定频率的补给和一定周期的乘组轮换,其中补给一旦延误就将意味着在轨工作生活需要节约物资,乘组轮换一旦延期将促使乘组延期驻留甚至放弃在轨交接直接返航,而后一种选择对于在轨工作的衔接是很不利的。

可以预见,“猎鹰九号”最早复飞时间也将是数周之后了,且首先无法实施载人发射,需要先经过非载人航天任务的验证。美国航天局在7月12日晚些时候的一份声明中表示,乘组安全和任务保证是美国航天局的首要任务,与此同时,美国航天局尚未明确其允许Crew-9任务继续进行的标准,例如“猎鹰九号”须要成功实施多少次发射。

美国航天业长期依赖猎鹰九号,短期内无可替代

近十年,世界航天业特别是美国航天业越来越依赖“猎鹰九号”火箭,因为它能够提供高频次、低成本、高运力的发射服务,同时其他运载火箭的可用运力严重不足。目前,在世界航天市场能提供同级别商业发射服务的运载火箭不多,仅有欧空局的“阿丽亚娜6”和日本的H3,二者均未形成批量发射能力,而美国本身也只有“阿特拉斯5”和“火神”火箭可用,前者已经“售罄”,后者“初出茅庐”,还未成熟。竞争对手的缺失,直接导致了“猎鹰九号”短期内无法替代。

按计划,2024年10月“欧罗巴快船”木星探测器将由“重型猎鹰”火箭发射升空

如果“猎鹰九号”停飞数月,这对航天业特别是美国航天业来说将是灾难性的,因为大量的发射计划面临长期延误。可以说,“猎鹰九号”的停摆已经给美国酿成了火箭危机,该箭能否早日复出将会备受瞩目。

此外,本次事故基本就宣告了太空探索技术公司将无法完成去年设定的2024年144次入轨发射的目标,但是依然有机会打破去年96次的年度发射纪录。截至Starlink G9-3任务,本年度太空探索技术公司已实施70次入轨航天发射。

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