对美国SpaceX绝密军事发射任务的分析

转载自小火箭

本文作者：邢强博士

美国一颗绝密卫星由SpaceX公司的猎鹰9号火箭送入太空。

SpaceX公司有哪些核心技术？

SpaceX作为一家商业航天企业，是如何拿到绝密军事任务的发射资质的？

该公司在军事发射订单的竞争中是怎样击败老牌军工巨头洛克希德·马丁和波音的？

迄今为止，SpaceX公司执行了哪些绝密军事载荷的发射任务？

在可预见的将来，SpaceX公司又会实施哪些军事任务呢？

翘楚

不过，在说军事应用之前，我们可以先了解一下SpaceX公司的核心技术。

作为一家被全世界很多人所熟知的商业航天企业，SpaceX成为了众多民营企业的标杆和羡慕对象，同时也是人类太空探索的某些技术的担当。

小火箭稍微概括一下，SpaceX公司目前掌握有5项关键技术：一级运载火箭的可重复使用技术、货运飞船的可重复使用技术、重型运载火箭技术、高密度发射技术和液氧甲烷发动机技术。

先说高密度发射：在刚刚过去的2017年里，SpaceX公司发射了18枚火箭，占美国总发射次数的62.1%（美国在2017年共发射了29枚火箭）。

这是什么概念呢？中国2017年全年运载火箭发射数量同样为18枚。

按发射次数，2017年的航天六强是：

美国（29）、俄罗斯（20）、中国（18）、欧空局（9）、日本（7）、印度（5）。

（排名按次数分先后）

做个假设，如果SpaceX公司独立在某不知名小岛上注册，单独来算的话，航天六强就得重新排名了：

俄罗斯（20）、中国（18）、SpaceX（18）、美国（11）、欧空局（9）、日本（7）。

SpaceX公司与中国并列第2，超过了美国，相当于欧空局的2倍。

说起SpaceX公司（国内大多译作：太空探索技术公司），我们第一印象或许就是他们的猎鹰-9号运载火箭了。

北京时间公元2017年3月31日清晨6点27分（美国东部时间3月30日傍晚18点27分），SpaceX公司的一枚猎鹰9号火箭将一枚卢森堡SES SA公司的商业通信卫星送入太空轨道。

这次发射，使得SpaceX公司再一次给人类太空探索技术史竖立了一块里程碑：有史以来，第一次使用一枚回收利用的火箭成功发射卫星。

详细的分析和计算，参加小火箭的公号文章《SpaceX可回收火箭技术与成本分析》。

猎鹰9号火箭上的默林液氧煤油火箭发动机采用燃气发生器循环。该发动机是美国在进入21世纪后，从头开始研制的少有的火箭发动机之一（其实能够排的上号的就两个，第一要数洛克达因RS-68液氢液氧发动机，第二就是默林1D发动机了）。

和传统的货运飞船一样，龙飞船也依靠遍布周身的不同朝向的喷口在太空中进行姿轨控。

是不是感觉龙飞船四周的喷口有些多？是的，龙飞船一共用了18台姿态控制推进器。

这是冗余设计思想的又一个体现（猎鹰9号火箭的一级9台发动机也是冗余设计）。18台姿态控制推进器中，任意2台出现故障，都不会明显影响龙飞船的姿轨控能力，飞船可继续安全地执行任务。

上图为货运版龙飞船的一组姿轨控发动机（5台1组）。

正在德克萨斯州测试基地进行测试的货运版龙飞船姿态控制发动机编组（5台1组）。

SpaceX公司的猛禽液氧甲烷发动机项目，在2009年立项，到2015年，研制成功，出厂。

2016年1月份，美国空军对液氧甲烷发动机技术表现出了浓厚的兴趣，给SpaceX公司注资3360万美元，要求入股猛禽液氧甲烷发动机项目。

SpaceX在该项目中的投入估值为6730万美元，基本上保证了商业航天企业与美国军方的投入比例为2:1。

2016年9月25日，在美国德克萨斯州，猛禽液氧甲烷火箭发动机首次点火成功。这款海平面比冲330秒，真空比冲375秒，真空推力高达1900千牛（是现役梅林1D液氧煤油发动机最大推力的2.08倍）的发动机将会成为SpaceX公司星际航行任务的动力来源。

如今，全球有3家商业航天公司拥有自己的液氧甲烷发动机技术，其中两家在美国，分别是SpaceX和蓝色起源，第3家在中国，名为蓝箭。

重型猎鹰运载火箭的近地轨道设计运载能力为63.8吨，火星轨道设计运载能力为16.8吨。

如今，红色特斯拉跑车已进驻重型猎鹰火箭的整流罩，火箭本身也已经完成了地面静态点火测试。期待今年上半年的刷新现役运载火箭运载能力的发射吧！

军用

迄今为止，在人类工程技术发展史上，几乎没有任何一项尖端技术能够被军方所忽略。

而且不管这项技术的初衷到底是用于提升人类的生活质量还是仅仅用来满足人类的好奇心，最终这些家伙大多都被拿来用于增强军队的作战效能了。

猎鹰9号运载火箭同样不能例外。

2015年，美国空军的人找到SpaceX公司，开始认真探讨用猎鹰9号运载火箭发射美国军用间谍卫星和其他绝密空间飞行器的可能性。

美国空军考察了SpaceX公司的发射场：位于肯尼迪航天中心卡纳维拉尔角的39A发射工位（当年阿波罗计划的土星5号运载火箭大多在这里起飞，大量航天飞机的任务也是在这里启航的，详见小火箭的公号文章《厉害！龙飞船复活美国尘封多年太空圣地》）。

这个发射场被称作美国的太空圣地，自然能够通过美国空军的发射场考核。

卡纳维拉尔角发射场在美国东海岸，火箭通常的射向为东和东南。其他射向的军用发射需求该怎样解决呢？

没事，SpaceX公司在美国西海岸也有发射场。

而且，这座发射场就是租用的美国空军范登堡空军基地的，因此同样可以免于审查。

上图为美国空军最后一枚大力神4号运载火箭在范登堡空军基地发射场发射时的场景。该火箭由洛克希德·马丁公司研制。这是发射报价高达4.32亿美元到4.5亿美元的天价火箭的告别之旅。

小火箭风格：上图摄于2005年10月19日协调世界时18点05分。

具体的载荷为美国军方绝密载荷。通过各方小火箭好友帮助，载荷对外代号确定为USA-186。实际上，这是美国锁眼系列侦察卫星KH-11。

其实，轨道参数我们也是能够拿到的：

近地点255.8公里，远地点1006.1公里，轨道倾角97.88°。

这是后话了，小火箭以后会和大家详细聊美国军方具备高清照相与摄像能力的侦察卫星系列的。

然后，SpaceX公司有没有进行夜间发射的能力呢？

夜间发射能力？哈哈哈，有的，有的。

有图为证。这是一枚猎鹰9号火箭于2012年5月份在卡纳维拉尔角发射场升空时的场景。

说起照片，小火箭觉得多放一张也无妨吧！

上图为一枚猎鹰9号运载火箭在卡纳维拉尔角发射的场景。摄于2015年3月2日。

如此这般之后，美国空军确定了SpaceX公司发射军用卫星的能力。

总体来说，SpaceX公司的发射场要么是美国历史上功勋卓著的发射场，其保障系统和管理体系几十年来经受住了考验；要么就是美国空军自己的发射场，知根知底。而测控系统又是美国空军自己把控的，一切看起来蛮妥当的。

于是，2015年5月，美国军方授予SpaceX公司执行绝密军事发射任务的资质。

咦？难道对火箭本身不好好考察一番么？

不必了！

原因何在？且听小火箭慢慢道来。

青梅

遥想三国时期，曹操青梅煮酒论英雄。他突然手指刘备，大声感慨：

天下英雄，唯使君与操耳！

玄德闻言，吃了一惊，手中所执匙箸，不觉落于地下。时正值天雨将至，雷声大作。 玄德乃从容拾箸曰：“一震之威，乃至于此！”

（关键数据来源：《三国演义》，手动问号脸。）

其实，对于美国的军事发射任务来说，情况极其类似。想当年，纵观美国军工体系，能够有能力接下美国军事发射中的大型卫星和系列化卫星任务的，也就只有洛克希德·马丁和波音两家了。

洛克希德·马丁的大力神IV运载火箭能力不错。执行过不少军事发射任务，其中就包括锁眼侦察卫星。

而洛克希德·马丁的宇宙神系列运载火箭同样接过不少军星发射任务。

波音则凭借其德尔塔系列运载火箭在包括GPS卫星在内的军星发射任务中与洛克希德·马丁平起平坐。

长期以来，虽然两家公司都掌握了高精尖的技术，但是在面对美国军方，这个唯一的绝密军事任务大甲方来说，他们并没有什么议价权。

反而是美国空军，凭借招标的形式，次次压价，要求多多，严重影响了两个大集团的盈利能力。

于是，两大集团一商量，既然天下英雄，唯使君与操耳！干脆不要互相伤害，一起团结起来挣钱岂不美哉！

2006年12月，波音公司率先划出所有涉及美国军事发射任务的部门，几乎同时，洛克希德·马丁公司跟进。

可见，对于军火贸易和涉及军事领域的技术咨询和发射服务来说，各大军火巨头之间，乃至军事巨头与民间企业之间虽有相互竞争的情形，但是面对美国军方这样的强势买家，又出现了相互融合的趋势。

两大集团的军事载荷发射业务部门和相关技术团队合并后，成立了联合发射联盟。

全球第1大军火巨头洛克希德·马丁公司与全球第2大军火巨头波音公司，就这样，为了应对美国空军，让他们的军事航天器发射业务，合！并！了！

原属波音，现属联合发射联盟的重型德尔塔IV运载火箭在发射时的烈焰仿佛在诉说着2006年之前所受到的委屈。

原属洛克希德·马丁，现属于联合发射联盟的宇宙神V运载火箭终于开始成为盈利大户。

在2006年到2016年这长达十年的时间里，美国国防部、美国空军、美国国家航空航天局NASA及其他政府机构的大型航天器的发射业务被联合发射联盟所垄断。

这就是为什么宇宙神和德尔塔运载火箭的发射报价动辄就是1.7亿美元甚至高达4.5亿美元的部分原因。

上图为2007年，美国联合发射联盟用德尔塔IV重型运载火箭为美国空军发射DSP-23弹道导弹防御系统预警卫星时的场景。（有关这种类型的卫星，详见小火箭的公号文章《美国天基红外导弹预警卫星的8个问题》）

这是联合发射联盟的业绩突飞猛进的十年；这也是美国空军、美国国防部乃至美国情报部门无法进行招标，只能接受现有报价的十年。

这个局面直到2016年才开始真正改变。

还记得2015年，美国空军就开始试着和SpaceX公司接触，并正式赋予其军事载荷发射资质的事情吧！

2016年，美国空军终于又有了招标的能力。他们准备让联合发射联盟（洛克希德·马丁和波音联合后的垄断集团）与SpaceX公司竞标。

当时正值乌克兰局势不稳的时候，不知是SpaceX的人还是美国空军的人亦或是正义感爆棚的人，向国会递交了一份材料。

其核心思想就是鉴于局势的情况，应当考虑不再允许美国企业使用俄罗斯的RD-180火箭发动机。

这一招太有杀伤力了。

要知道，联合发射联盟性价比最高的运载火箭就是宇宙神V。该款火箭之所以能够大量盈利，关键就在于其第一级使用了性能出色而价格比美国自主研发的火箭发动机低很多的RD-180液体火箭发动机。

（详见小火箭的公号文章《这才叫剁手！欧美疯狂抢购苏联导弹与火箭发动机》）

联合发射联盟受到国会质询后，对未来能否持续使用RD-180不敢确定。而如果换用其他发动机的话，其发射报价会上浮40%！

熟悉世界运载火箭报价体系的好友应该知道，宇宙神V运载火箭发射军星的报价通常在1.6亿美元到1.8亿美元之间。

而如果在2016年3月份和4月份，大家比较关注SpaceX公司的动态的话，就可以知道，SpaceX公司悄悄释放出了这样的信号：即使是军事卫星发射，其报价也绝不会高于1亿美元。

得知消息的联合发射联盟，直接放弃了竞标。

2016年4月28日，美国空军把最新的一份价值8270万美元的GPS卫星发射合同签给SpaceX公司。这象征着联合发射联盟在美国长达十年的垄断地位终结。

商业航天首次在正面PK中干掉了由全球排前两位的两大军火巨头组成的垄断联盟。

2017年3月15日，SpaceX公司又和美国空军签下了一个9650万美元的单子。这是在2019年为美国空军发射一颗GPS-III卫星的报价。

SpaceX公司兑现了承诺，报价不超过1亿美元。不过，实际上他们依然是很赚的，因为商业发射的话，猎鹰9号运载火箭在今年（2018年）的报价为6200万美元。

初尝

小火箭认为，那种无法抗拒又甘愿随之陷入螺旋的梦幻与沉沦，或许就是SpaceX公司投入军事发射业务中的感受吧！

实际上，SpaceX初尝这青梅之味道，是在2017年。

公元2017年5月1日上午11点15分，一枚猎鹰9号运载火箭从卡纳维拉尔角发射场39A工位点火升空。

SpaceX公司并未切断发射过程的直播。但是，如果大家细心看的话，会发现一个有趣的现象：

每次发射，SpaceX都会向全世界直播整个过程。

不过，这次发射，SpaceX特意切断了二级火箭点火后的所有画面，无缝接入了一级火箭返回过程的画面。也就是说，我们无从得知该星入轨前的情况，甚至不知道这枚猎鹰9号二级火箭的全部工作情况。

从这时起，SpaceX公司算是找到一些平衡商业发射与军事发射的道道。通过这种比较巧妙的方式，既满足了公众对观看发射直播的需求，又满足了军方比较变态的保密要求。

这枚火箭里面，并不是美国的GPS卫星，而是一颗绝密军事卫星。

该卫星对联合国上报的编号为USA-276。（凡是以USA开头的，都仅仅报个名字和编号，不给出详细介绍。）

美军内部代号为NROL-76。

NRO是美国国家侦察局的缩写。其总部位于美国维吉尼亚州（见上图）。

该局是美国16个情报机构之一，核心业务为运营和管理美国的军事侦察卫星，负责运作在世界各地的地面站，用于收集并发布来自侦察卫星的情报。

美国国侦局与中央情报局（CIA）、美国国家安全局（NSA）、美国国家地理空间情报局（NGA）、美国国防部高级研究计划局（DARPA）、美国战略司令部、海军研究实验室等机构有广泛而深度的合作。

这是美国国侦局在2012年4月5日调用侦察卫星拍摄的叙利亚某地的情况，其分辨率相当高。

那么，SpaceX公司发射的这颗美国国侦局的NROL-76卫星到底是做什么用的呢？

咱们只能根据各方好友提供的信息来进行分析了。

首先，小火箭从任务徽章里看出了该星的不同。

正常情况下，军事侦察卫星的任务徽章的画风是这样的：

比如上图这张美国国侦局NROL-32侦察卫星的任务徽章。金字塔让人联想到共济会，巨大的上帝之眼是对侦察功能的隐喻。星条旗代表的是国家任务。

又比如上图这张美国国侦局NROL-39的任务徽章。巨大的章鱼触角将地球环抱住。怕大家看不明白，下面还写了一句话：

吾无所不能及也

（嗯，好像最近小火箭的画风就是这样了，有其他更好的翻译，欢迎留言哈！）

这比较好理解，而且可以猜到，NROL-39卫星使用了雷达成像技术而并非传统侦察卫星使用可见光频段的直接拍摄。

（小火箭这么猜的依据是：任务徽章上面那只章鱼的眼睛是闭着的，而且周围没有辐射出光芒线条，这表示并非 可见光。而章鱼的触角上密布的吸盘则应该是对合成孔径雷达的一种隐喻。）

那么，SpaceX公司发射的NROL-76卫星的任务徽章能否拿到，是什么样子，又有什么象征呢？

感谢小火箭好友的倾情提供，我拿到了NROL-76的任务徽章：

三个单词：探索-发现-了解。

有点儿知行合一的感觉。

哈！有不同！这回的任务徽章是一对南北战争军人打扮的好朋友！

右边那位好理解一些，望远镜么，代表光学侦察系统。镜筒很长，说明光学设备应该是视场窄但分辨率高的配置。

左边那位大哥，拿着猎枪。这是要搞卫星版本的察打一体么？

仔细看看，又想了想，不是的。

猎枪只是身份代入，重点应该是猎人头顶那只小鸟。

鸟，让小火箭想到了伴飞。而两个人，一只鸟，三双眼睛，又让我想到了配合。

是的！小火箭认为，NROL-76绝密军事卫星是带有协调配合侦察任务和新型光学系统的卫星，同时带有一定的科学实验性质。

自从2017年5月1日NROL-76卫星上天以来，好奇心一直驱使着小火箭对其进行深度分析。

然后，机会来了。

抬头仰望美丽而又深邃的夜空，我们能够寻找那最亮的星，也能够偶遇划过的流星和卫星。

上图就是一颗卫星划过夜空的情形。

在这里，小火箭暂且不去和大家探讨猎户座、昴星团，也不去展开说明通过转瞬即逝的轨迹反推星体轨道参数的具体计算方法（其实小火箭在公号文章《小火箭讲述人类发现小行星的传奇过程》里已经提过数学王子高斯相关的计算方法了。只不过借助小火箭计算中心的强大计算能力和我们分析数据和推算公式的一些耐心，可以做得更好一些。）

通过计算，然后查找这些年来的发射记录，比对后，认定这的确是一颗人造地球卫星，而且还真是美国国侦局的。

小火箭风格：

其轨道参数为：

近地点292.1公里，远地点894.3公里，倾角97.71°。

这是美国在1996年发射的NROL-2间谍卫星。

对于NROL-76卫星来说，可以通过类似的方法来推算其轨道参数。

当然，结论是让我们感到非常有趣的：

NROL-76卫星在协调世界时公元2017年6月3日14时01分52秒的时候，距离国际空间站仅5.16公里！

这个距离实在是太近了。简直是要进行交会对接的节奏。

按照美国宇航局NASA一直以来的风格，发生这样的事情非得搞出个大新闻来不可。但是，这一天就这样平平淡淡地过去了。

读过小火箭空间站系列文章的好友或许还记得。小火箭在《太空探索的三种风险》一文中说过国际空间站拥有躲避大块太空垃圾的紧急变轨能力。

像NROL-76这种需要猎鹰9号运载火箭才能发射到近地轨道上的卫星，其体量妥妥地处于美国X波段雷达的探测能力之内。

对于运行良好的地面雷达阵来说，NROL-76卫星逼近国际空间站的事实，至少能够提前45分钟告知国际空间站。

那么，国际空间站躲避了么？

查找当日的国际空间站运行轨道参数记录，小火箭并未发现有什么异常动作。

那么，几乎就剩下了一种解释，而这种解释也就刚好印证了之前小火箭对任务徽章的猜测：

当日，NROL-76卫星与国际空间站一起，进行了一起测试。测试内容或许包括：侦察卫星在轨对空间站的抵近拍摄或者侦察卫星与空间站的协同配合。

考虑到国际空间站和中国未来即将发射的长期在轨的空间站的情况，甚至是现如今正有中国的空间站在太空运行的事实，不禁有些细思恐极。

当然，这也可能只是在杞人忧天吧。

（真实情况以后续判断为准，此处仅为对技术本身的猜测，切勿陷入阴谋论吧。）

再品

SpaceX通过发射NROL-76绝密任务军事卫星初尝了军事航天青梅之味。

协调世界时2017年9月7日14点00分00秒，也就是SpaceX公司完成军事发射第一单4个月后，一枚猎鹰9号运载火箭携带一架X-37B空天飞行器点火，然后升空。完成了该公司军事绝密发射任务的第二单。

上图是X-37B准备执行第5次空间任务前的准备情况。

X-37B可以说是美国军方相关的航空航天项目中密级最高的。即使是小火箭，也是基于来自全球各个地方的观测和少有的数据进行反向建模，通过大量计算才有了《小火箭聊X-37B空天飞行器》这篇报告。

而这次发射，虽然美国对外声称是USA-277任务，但是我们几乎可以断定就是X-37B的第5次空间绝密任务。

这是一个标志性事件：密级如此之高的军方任务交给了美国商业航天企业SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭来完成。这是美国商业航天进一步兴起的象征。

公元2017年5月7日12点，X-37B结束了第4次空间试验，在当年航天飞机的主厂区自主着陆成功，结束了其持续时间长达717天零20小时的太空飞行。身着防护服的地勤人员正准备将剩余的一甲基肼燃料抽空。

X-37B共生产了2架，共执行完毕4次空间任务，正在执行第5次空间任务。

其任务细节涵盖了四大关键技术：垂直起飞水平自主着陆技术、空间变轨技术、与非配合目标的对接技术、高超声速飞行器再入防热技术。

未来，X-37C的载人版计划或许能够得到实现。或者换个角度来看，即使X-37项目在当时戛然而止，其技术验证的目的其实也已经实现了。

小火箭对X-37B的机翼做了精细建模，发现其在前缘钝度约束条件下，通过适当的设计，使其整体气动性能满足了设计条件，保证了X-37B在Ma 0.78至Ma 1.52之间的升力系数斜率不小于0.0249的条件，保障了X-37B的着陆安全。

上次X-37B在近地轨道飞行了717天才回来，也不知这次她什么时候回来。

三试

SpaceX公司的第3次绝密军事任务的执行，就要在近几天完成。

这颗卫星的秘密被保护得非常好。

从得知细微的消息到现在，小火箭也只是知道了9件事情：

第一，卫星的名字叫祖玛ZUMA，嗯就是和一款十几年前玩过的游戏同名。是的！连正式的军方代号都没能让人知道！或许，ZUMA是其英文缩写。

第二，ZUMA卫星是SpaceX公司2018年的军事发射任务的重中之重。

第三：ZUMA卫星的发射任务徽章是上图那样的。嗯，出现了星条旗，级别可以认定为国家级。左上角有6颗亮星，是要组成星座么？亦或是其真实代号与某个星座有关？

这些天，小火箭找遍88个星座，也没能发现跟上图左上角的亮星有相匹配的样式。

不过，我有个想法，不知各位好友是否认同。那就是：这些星是跨越星座的几颗亮星的组合。仔细查找了星图后，我发现了有相似的星区，于是就截取了其中的一部分。

小火箭在全天区星图用肉眼苦苦搜寻了几个晚上之后，认为上上图的组合是目前找到的最符合此次任务徽标的：天狼星、参宿五、南河三、娄宿三、北河三、星宿一。

我把这六颗星标上了蓝色圆圈，算是抛砖引玉吧！期待对天文学有研究的好友指教。

第四：该卫星是由全球第4大军火巨头诺斯罗普·格鲁曼公司研制的。

第五：很有可能是美国国侦局的卫星。但是，从美国国侦局专门发声明进行否认来看，实际情况有些复杂。

第六：通常，SpaceX公司会提前一年把全年的发射计划向全世界公布。毕竟，这是商业航天企业需要做的事情，同时也符合现代太空探索活动的惯例。但这次发射，仅仅提前1个月公布，非常突然。

第七：这颗卫星非常贵。如果真的是美国国侦局的旗舰级别的大星，其价格会在10亿美元以上。即使不是美国国侦局的星，从阵仗和小心翼翼的程度来看，价格也会为数亿美元。也就是说，这颗卫星的价值或许相当于10枚猎鹰9号火箭甚至更多。

第八：发射前临时更换发射架，很神奇。该星原计划是在卡纳维拉尔角39A工位发射的，后来突然决定改在40工位发射。

第九：这颗卫星的轨道参数或许是：近地点200多公里，远地点1599公里到1900公里之间，轨道倾角51.6°左右。

结束语

根据美国方面的统计，到2030年，美国军事航天发射订单的总额会高达700亿美元。换句话说，在可预见的将来，军事发射的市场规模有可能会超过科研发射和商业发射。

当我们当年感慨SpaceX接到的NASA给予的16亿美元的国际空间站货运订单的时候，或许有些激动得太早了。这些军事订单的加入，才终于让SpaceX公司展开了一张笑脸。而在那歪歪的嘴角处，会露出一颗尖尖的小虎牙儿。