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獵鷹9號運載火箭
獵鷹9號運載火箭
SLC-40上的獵鷹9號全推力型運載火箭，载有执行CRS-8任务的龙飞船（2016年4月8日） | |
| 用途 | 轨道运载火箭 |
|---|---|
| 製造商 | SpaceX |
| 製造國家 | 美國 |
| 單次發射費用 (2018) | FT: $62M[1] |
| 外型及質量參數 | |
| 高度 | |
| 直徑 | 3.7米（12英尺）[2] |
| 質量 | |
| 级数 | 2 |
| 酬載量 | |
| 有效載荷- 近地軌道 |
|
| 有效載荷- GTO |
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| 發射歷史 | |
| 現況 |
|
| 發射場 | |
| 總發射次數 |
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| 成功次數 |
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| 失敗次數 | 1[a] (v1.1) |
| 部分失敗次數 | 1 (v1.0)[6] |
| 首次發射 |
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| 末次發射 |
|
| 第一级 | |
| 发动机 | |
| 推力 | |
| 比冲 | |
| 推進時間 | |
| 燃料 | LOX / RP-1 |
| 第二级 | |
| 发动机 | |
| 推力 | |
| 比冲 | |
| 推進時間 | |
| 燃料 | LOX / RP-1 |
猎鹰9号运载火箭（英语：Falcon 9）是SpaceX设计并及制造的中型两级入轨运载火箭系列，以其擁有9个发动机的第一節火箭而得名。
猎鹰9号已发展出3個型號：猎鹰9号1.0版（已退役）、猎鹰9号1.1版（已退役）、以及獵鷹9號全推力型（又称1.2版，使用中）[13]。现役的獵鷹9號全推力型能够在不回收第一级助推器的前提下向低地球轨道发射重达22,800公斤（50,300英磅）的载荷[2]， 向地球同步转移轨道发射8,300公斤（18,300英磅）的载荷。[14][15]
獵鷹9號運載火箭在人类航天史上创下了多項记录：它是第一枚完全于21世纪开发和设计的火箭、第一枚实现可控陆地和海上垂直着陆回收的火箭、以及第一枚实现第一级重复使用的火箭，此外也是美國首度由私人企業承包國家探索太空的發射工作。
猎鹰9号运载火箭和龙飞船的组合于2008年赢得了NASA商业补给服务（CRS）的合同，在商业轨道运输服务（COTS）下向国际空间站（ISS）运送货物。做為商业乘员运输能力（CCtCap）合同的一部分，SpaceX計劃為獵鷹9號運載火箭申請載人認證，使該款火箭能向国际空间站运送宇航员，如此便達成太空載具可完全多次利用、且載人進入地球軌道的最終目標，SpaceX估算屆時發射成本多數為民間可負擔的燃料費，使普通企業也能開展太空飛行的業務。
SpaceX的猎鹰重型运载火箭基於獵鷹9號全推力型而设计。
目录
开发与生产
投资
尽管SpaceX自己花钱研发了先前的猎鹰1号火箭，但NASA提供的一些开发资金和购买的几次演示飞行使猎鹰9号的开发大大加快。最初，2006年的COTS项目为猎鹰9号提供了启动资金。[16][17]该合同以Space Act Agreement (SAA)的形式授予，以“开发和展示一个商业轨道运输服务”为目的。[17]合同中NASA向SpaceX订购了3次演示飞行。[18]合同总额为2.78亿美元，为龙飞船、猎鹰9号运载火箭和几次载有龙飞船的猎鹰9号的演示飞行提供了开发资金。2011年，合同中增添了更多的里程碑，使合同总额增加到了3.96亿美元美元。[19]
2008年NASA签订合同，购买了12次CRS任务，成为了猎鹰9号的关键客户，而这12次任务只有在最初的几次国际空间站COTS演示任务完成并被NASA认定为成功后才能正式进行。[20][21] 这个太空运输合同总价值16亿美元，要求最低以12次任务将补给运至ISS，并从ISS将科研货物带回地球。[22]
马斯克曾多次提到，如果没有了NASA的资金，开发猎鹰9号会耗时更长。SpaceX关于NASA合同的官方声明是：
SpaceX has only come this far by building upon the incredible achievements of NASA, having NASA as an anchor tenant for launch, and receiving expert advice and mentorship throughout the development process. SpaceX would like to extend a special thanks to the NASA COTS office for their continued support and guidance throughout this process. The COTS program has demonstrated the power of a true private/public partnership and we look forward to the exciting endeavors our team will accomplish in the future.[20]
2011年，SpaceX估计猎鹰9号1.0版的研发花费约为3亿美元。[23] NASA评估得出的结论是，如果采用了传统的成本保利合同方式，总花费将为36亿美元。[24]
2014年，SpaceX公布了猎鹰9号及龙飞船总共的研发成本。NASA提供了3.96亿美元，而SpaceX提供了多于4.50亿美元用于火箭和飞船的开发。[25]
开发
SpaceX原先计划用中等运力的猎鹰5号运载火箭来作为轻型的猎鹰1号运载火箭的补充。[26] 2005年，SpaceX宣布他们已经转向猎鹰9号火箭的研发。猎鹰9号火箭是一种“完全可重复使用的重型运载火箭”，并已经获得了一份政府客户订单。根据描述，它能将约9,500公斤（21,000磅） 送入低地球轨道，预计每次发射，整流罩长度3.7米（12英尺）的版本定价2700万美元，整流罩长度5.2米（17英尺）的版本定价3500万美元。SpaceX还宣布研发猎鹰9号运载火箭的重型版本，LEO运力约为25,000公斤（55,000磅）。[27]猎鹰9号火箭将用于LEO、GTO以及货运或载人 的ISS任务。.[26]
NASA原先的COTS合同要求2008年9月进行首次演示飞行、三次演示任务在2009年9月前全部完成。[28] 2008年2月，首次猎鹰9号/龙飞船COTS演示任务推迟了6个月，推迟到了2009年第一季度末。伊隆·马斯克表示，开发工作的复杂性以及从卡纳维拉尔角发射要满足的规章要求共同造成了这次推迟。[29]
测试
首次多发动机测试（2台发动机连接到第一级并同时点火）在2008年1月首次成功完成。[30]经过多次成功测试，2008年11月，完整的猎鹰9号火箭第一级完成了全任务时长（178秒）的测试点火。[31]2009年10月，首个用于飞行的第一级在SpaceX位于德克萨斯州McGregor的测试架上完成了全发动机测试点火。2009年11月，SpaceX进行了首次二级测试点火，点火时长40秒。测试成功完成，未出现终止或重新开始测试（recycle）的情况。2010年1月2日，二级一次全时长（329秒）入轨点火测试在McGregor测试场成功完成。[32] 完整的火箭在2010年2月初运抵发射场进行集成。虽然他们估计集成与测试需要花费1到3个月，SpaceX仍然计划于2010年3月22日发射。[33]
2010年2月25日，SpaceX的首个飞行组合体在卡纳维拉尔角CCAFS SLC-40起竖。[34] 3月9日，SpaceX进行了一次静态点火测试。测试中第一级点火，但不会离地。。由于设计用来将高压氦气从发射台泵入涡轮泵以转动涡轮泵准备发射的系统出现故障，测试于T-2秒时中止。后来的调查发现故障因一个阀门没有收到开启指令而发生。因为问题出在发射台而非在火箭本身，又因为McGregor测试场阀门的布置不同，所以这个故障没有在先前的测试中出现。中止时火箭底部出现了一些火和烟，因此有人怀疑有发动机起火。但是，火和烟是系统中液氧与煤油混合物正常燃烧的结果，火箭与发射台都未受损。在中止之前，火箭各系统都正常工作，没有发现其他需要解决的问题。后续的测试在3月13日成功进行，第一级9台发动机点火了3.5秒。[35]
由于空军需要对猎鹰9号飞行中止系统（flight termination system，FTS）进行评估，首飞从3月推迟到了6月。首次发射尝试发生于美国东部时间2010年6月4日周五下午1:30（1730 UTC）。点火后很短时间内发射自动中止，并自动进行了中止后的程序。[36]地面人员得以重新开始（recycle）火箭发射程序。最终在当天下午2:45（1845 UTC），火箭成功发射。[37]
生产
2010年12月时，SpaceX的生产线每3个月生产一枚猎鹰9号火箭、一艘龙飞船，并且有计划使速度翻倍，达到每6周一枚（艘）。[38]截至2013年9月，SpaceX总生产空间增长到了将近1,000,000平方英尺（93,000平方米），而且工厂已经为了达到每年40枚芯级的产量而进行了配置。[39]截至2013年11月，工厂每月生产一枚猎鹰9号火箭。公司计划在2014年中期将产量提高至每年18枚，在2014年末提高到每年24枚，[40][41]，在2015年末达到每年40枚芯级。[42]
到2016年2月，这些计划仍未完成。公司表示芯级产量直到最近才提高到每年18枚，可以同时组装的芯一级数量从3枚提升到了6枚。预计在2016年末，产量会提升至30枚每年。[43] 但是截至2016年8月，SpaceX已经在向着每年生产40枚努力了，[44]而40枚正是SpaceX在2013年配置工厂时的预计速度。[39]
版本演进
猎鹰9号火箭共推出过五个版本：猎鹰9号1.0版，猎鹰9号1.1版，猎鹰9号全推力型（Block 3），猎鹰9号Block 4，猎鹰9号Block 5。
猎鹰9号1.0版
猎鹰9号1.0版为猎鹰9号的第一个版本，于2010年6月4日首次发射，火箭高度54.9米，直径3.66米，最大重量333.4吨，采用两级设计，第一级搭载9台Merlin 1C引擎，呈九宫格布局，第二级搭载1台Merlin 1C真空版引擎，两级火箭均採用液態氧和煤油作為燃料，近地轨道运载能力为10,450千克，地球同步轨道运载能力为4,540千克。该版本火箭第一级不可回收。
猎鹰9号1.0版共进行5次发射，其中四次完全成功，一次部分成功。2013年3月1日的CRS-2任务后该版火箭退役不再使用。
猎鹰9号1.1版
猎鹰9号1.1版为猎鹰9号的第二个版本，与2013年9月29日首次发射，火箭高度增加到68.4米，最大重量增加到541.3吨，近地轨道最大运载能力提高到13,150千克，和1.0版相比，1.1版一个重要的不同在于第一级的9台Merlin引擎改为被称为“Octaweb”的圆形布局，引擎型号也升级为Merlin 1D。顶部荷载可选择长13.1米，直径5.2米的整流罩，也可以选择搭载天龙号货运飞船。第一级可以视任务情况安装返回大气层着陆使用的栅格翼和着陆腿，但是该版本的所有回收实验全部失败。
猎鹰9号1.1版共进行了15次发射，最短的两次发射间隔仅13天，除了2015年6月28日CRS-7任务失败之外，其他主线任务全部成功。该版本在猎鹰9号第21次发射任务（JASON-3）后退役不再使用。
猎鹰9号全推力版
猎鹰9号全推力版是獵鷹9號的現役型號。[45][46]，火箭针对CRS-7任务失败中暴露出的问题进行了全面的改良，高度增加到70米，并对液氧煤油燃料进行冷凝处理以提高燃料搭载。全推力版的近地轨道运载能力提高到22,800千克，地球转移轨道的運載能力提高到8,300千克，并增加了对载人龙飞船的适配。回收用的着陆腿和栅格翼成为标准配置，第一级火箭完全可回收。
2015年12月21日，猎鹰9号全推力版火箭进行首次发射，其第一级助推器在為Orbcomm發送11顆衛星後在卡納維拉爾角空军基地第一着陆场成功着陆。这也是人类历史上第一次实现太空轨道火箭第一级的可控的陆地软着陆回收。[47] 。
2016年4月8日，獵鷹9號火箭进行第22次，也是全推力版的第3次发射，在為國際空間站進行充氣式太空艙試驗及貨物運輸補給的任務後，第一级火箭（编号B1021.1）进行第五次海上着陆尝试，第一级火箭在大西洋上的驳船上成功降落，海上回收试验成功。[48][49][50]
2017年3月30日，执行CRS-8任务的猎鹰9号火箭第一级助推器（编号B1021.2）在SES-10任务中再次发射，首次实现一级火箭的重复使用，并再次成功回收。同时还首次尝试回收了火箭的整流罩。
目前猎鹰9号全推力版已经进行了18次发射，除了AMOS-6任务在发射前意外爆炸，所有发射均获成功，并实现了13次成功着陆（陆地5次，海上8次）。其中，BulgariaSat-1和Iridium NEXT 11–20两次任务之间发射间隔仅有49小时15分钟，是目前为止历史上同款火箭发射时间间隔最短的记录。
猎鹰9号Block 4
猎鹰9号Block 4为猎鹰9号全推力版和猎鹰9号Block 5之间的过渡版本。
猎鹰9号Block 5
猎鹰9号Block 5为猎鹰9号的最新型号，具有高度的回收能力，在不檢修翻新的情況下能夠執行10次任務，而翻修後更能執行達百次的任務。
火箭特性
回收和重复使用
和现役的其他火箭有本质区别的是，猎鹰9号全推力版是目前唯一实现第一级回收并重复使用的现役太空轨道运载火箭。
猎鹰9号在执行陆地回收程序时，第一级火箭在和第二级火箭分离后会利用氦气调整器调整姿态向后翻转，点燃九台引擎中的一台进行“回推推进（Boostback Burn）”，第一级顶部的四个栅格翼会展开调整姿态。进入大气层时会第二次点燃三台引擎进行“再入推进（Entry Burn）”。接近地面时，然后第三次点燃一台引擎进行“着陆推进（Landing Burn）“，打开着陆腿，利用略低於火箭重量的推力反向噴射实施软着陆。而执行海上回收程序时，第一级火箭不会执行回推推进（Boostback Burn）”而是直接进行再入推进。[51]
猎鹰9号1.1版曾在四次发射后進行海上返回实验，前两次因火箭降落速度過快或姿态控制不当導致回收失敗並墜毀[52]，第三次回收则因CRS-7任务火箭第一级爆炸而没有实施。其后SpaceX获得美国联邦航空局批准选择改為在卡纳维拉尔角空军基地新建的“第一着陆场（Landing Zone 1）”（原13号发射复合体）進行陆地回收實測。
2015年12月21日，獵鷹9號火箭进行第20次发射，在為Orbcomm發送11顆衛星後，第一级火箭在卡納維拉爾角空军基地第一着陆场成功着陆，陆上回收试验成功。[47]
2016年4月8日，獵鷹9號火箭进行第22次发射，在為國際空間站進行充氣式太空艙試驗及貨物運輸補給的任務後，第一级火箭（编号B1021.1）进行第五次海上着陆尝试，第一级火箭在大西洋上的驳船上成功降落，海上回收试验成功。[53][54][55]
2017年3月30日，执行CRS-8任务的这枚猎鹰9号火箭第一级（编号B1021.2）再次发射，首次实现一级火箭的重复利用，并又一次成功回收。同时还首次尝试回收了火箭的整流罩。
发射场与着陆设施
猎鹰9号目前使用或计划使用以下几个发射场：
1、卡纳维拉尔角空军基地40号航天发射复合体（CCAFS LC-40）
2、范登堡空军基地4号发射复合体E （VAFB SLC-4E）
3、肯尼迪航天中心39号发射复合体A（KSC LC-39A）
4、SpaceX德克萨斯发射场（暂定名，建造中）
猎鹰9号目前或计划使用以下的着陆和回收设施：
1、卡纳维拉尔角空军基地1号，2号着陆场（CCAFS LZ-1 and LZ-2）（前卡纳维拉尔角空军基地13号发射复合体）
2、无人航天着陆船（Autonomous spaceport drone ship）两艘，“Of Course I Still Love You”（当然我还爱你）号和“Just Read the Instructions”（请阅读说明书）号。
3、范登堡空军基地3号着陆场 （VAFB LZ-4）（前范登堡空军基地4号发射复合体W（VAFB SLC-4W））
4、整流罩回收船“Mr Stevens”
发射任务
猎鹰9号系列运载火箭在8年里共发射了43次，其中41次任务完全成功（成功率95.3%），1次部分成功（成功将主载荷送入轨道，但一个次级载荷进入了低于预期的轨道）, 1次失败（全部损失）。另外，一枚火箭及其载荷于发射前在发射台上为静态点火测试作准备时因爆炸被摧毁。23次火箭回收尝试中有18次成功（成功率78.3%）。
火箭第一版猎鹰9号1.0版在2010年6月到2013年3月间发射了5次。它的后继者猎鹰9号1.1版在2013年9月到2016年1月间发射了15次。最新升级的猎鹰9号全推力版从2015年12月至今共发射23次。
火箭配置
- 猎鹰9号1.0版
- 猎鹰9号1.1版
- 猎鹰9号全推力版
- 猎鹰9号全推力版（复用）
- 猎鹰9号Block 5
- 猎鹰重型
发射地点
发射结果
- 发射前失败
- 发射中失败
- 部分成功
- 成功
一级火箭着陆
- 地面回收失败
- 海上驳船回收失败
- 海面降落失败
- 降落伞回收失败
- 陆地回收成功
- 海上驳船回收成功
- 海面降落成功
- 未尝试
标志性的发射
- 第1次，龙飞船认证单元，首飞成功。
- 第2次，COTS演示飞行1，龙飞船首次功能性测试。[56]
- 第3次，Dragon C2+, 首次将货物运送至国际空间站。
- 第6次，CASSIOPE,猎鹰9号1.1版首次发射。自范登堡空军基地的首次发射。首个极轨道发射。首个科学载荷。首次第一级回收尝试。
- 第7次，SES-8, 首次GTO发射，首个商业载荷。(通讯卫星)
- 第9次，CRS-3，加入着陆腿，首次海面软着陆尝试(零高度，零速度)。
- 第14次，CRS-5, 加入格栅翼，首次ASDS着陆尝试，硬着陆（RUD）。
- 第15次，DSCOVR, 首次超过逃逸速度的发射。以地日L1点为目标。
- 第16次，ABS-3A和Eutelsat 115 West B，首次一箭双星发射，卫星为创新的波音702SP全电星。
- 第19次，CRS-7, 因二级结构失效、COPV损坏，氦气大量泄漏导致二级氧箱超压爆炸，任务全部失败。
- 第20次，Orbcomm OG-2，事故调查、问题改正后首次飞行。猎鹰9号全推力版首飞。一箭11星，使用特制适配器，星座组网星。首次成功着陆回收（卡納維爾角陸上降落場1號）。
- 第23次，CRS-8, 首次成功着船回收（我依然愛你號上的海上降落平台）。
- 第24次，JCSAT-14, GTO发射，高能量大气再入、下降、着陆。
- Amos-6，静态点火测试前准备时发生爆炸，星箭俱毁。(本應為第29次)
- 第30次，CRS-10, 改造后的KSC LC-39A的首次发射。
- 第32次，SES-10, 成功回收的轨道级火箭（CRS-8任务）的首次重复发射、再次着陆，同时进行了[57]首次整流罩回收。[58]
- 第33次，NROL-76, 首个机密载荷。[59]
参数
| 版本 | 猎鹰9 v1.0 (已退役) | 猎鹰9 v1.1 (已退役) | 猎鹰9 FT (正在使用)[7] |
|---|---|---|---|
| 第一级 | 9 × 默林1C | 9 × 默林1D | 9 × 默林1D改进型[60] |
| 第二级 | 1 × 默林1C真空级 | 1 × 默林1D真空级 | 1 × 默林1D真空级（改进型） |
| 最大高度（米） | 53 | 68.4 | 70 |
| 直径（米） | 3.66 | 3.66 | 3.7 |
| 初始推力（kN） | 3,807 | 5,885 | 6,804 7 607(自2016年底) |
| 起飞质量（吨） | 318 | 506 | 549 |
| 整流罩直径（米） | 不適用[b] | 5.2 | 5.2 |
| LEO载荷（kg） | 8,500–9,000（在卡纳维拉尔角发射） | 13,150 （在卡纳维拉尔角发射） | 22,800 |
| GTO载荷（kg） | 3,400 | 4,850 | 8,300 |
| 成功次数/发射次数比 | 5/5 | 14/15[61] | 10/11 [c] |
參見
外部連結
| 维基共享资源中相关的多媒体资源：獵鷹9號運載火箭 |
參考文獻
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At 5.3 tons, Amos-6 is the largest communications satellite ever built by IAI. Scheduled for launch in early 2016 from Cape Canaveral aboard a Space-X Falcon 9 launcher, Amos-6 will replace Amos-2, which is nearing the end of its 16-year life.
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SpaceX is currently producing one vehicle per month, but that number is expected to increase to '18 per year in the next couple of quarters.' By the end of 2014, she says SpaceX will produce 24 launch vehicles per year.
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The commercial market for launching telecoms spacecraft is tightly contested, but has become dominated by just a few companies - notably, Europe's Arianespace, which flies the Ariane 5, and International Launch Services (ILS), which markets Russia's Proton vehicle. SpaceX is promising to substantially undercut the existing players on price, and SES, the world's second-largest telecoms satellite operator, believes the incumbents had better take note of the California company's capability.
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Within a year, we need to get it from where it is right now, which is about a rocket core every four weeks, to a rocket core every two weeks...By the end of 2015, says SpaceX President Gwynne Shotwell, the company plans to ratchet up production to 40 cores per year.
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备注
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