[图+视频]SpaceX重型猎鹰来袭

　　重型猎鹰运载火箭（Falcon Heavy）今年一旦发射，它将成为世界上最强大的服役火箭。它近地轨道载荷可达54吨（119000磅），相当于一架满载乘客、船员、行李箱和燃料的波音737喷气式客机的质量。重型猎鹰的有效载荷是仅次于它的三角洲4号火箭（Delta IV Heavy）的两倍以上，成本却仅为其三分之一。
http:////static.hdslb.com/miniloader.swf?aid=10453335&page=1　　重型猎鹰火箭继承了猎鹰9号运载火箭（Falcon 9）的经验与可靠性。其第一级由三个猎鹰9号引擎内核组成，其中27台梅林引擎（Merlin engine）的共同推力达500万磅(22200千牛)，等于18架波音747的推力总和。历史上，只有在1973年退役的土星5号运载火箭（Saturn V）拥有更多的轨道载荷。重型猎鹰火箭的使命是将人类送往太空，并重塑了人类登月甚至到达火星的可能性。
　　负载
　　重型猎鹰火箭将在复合整流罩内装配大量负载并送进轨道，也可以携带龙飞船。

复合整流罩分解图

　　第二级火箭
　　重型猎鹰火箭采用了猎鹰9号经过多次认证的设计，最大限度地减少了多级分离次数、提高了安全性。第二级的梅林引擎与猎鹰9号上的相同，它在主引擎熄灭、第一级核心分离后，将继续推进载荷进入轨道。第二级引擎可以多次启动，将载荷部署至各种轨道，包括近地轨道、地球同步转移轨道（GTO）和地球同步轨道（GSO）。
　　ENGINE                                                     引擎
　　1                                                                     1台
　　BURN TIME                                             燃烧时间
　　397sec                                                        397秒
　　THRUST IN VACUUM                       真空推进力
　　934kN 210,000 lbf                              934千牛／21万磅
　　第一级火箭
　　重型猎鹰火箭的第一级由三个引擎核心组成。两个侧核，又称助推器，与中心核液氧罐的底部和顶部相连。 这三个核心共含27台梅林引擎，会在起飞时产生22819千牛（513万磅）的推力。起飞后不久，中心核发动机会进入节流状态；当侧核分离后，中心核发动机便会从节流回到全力推进。
　　CORES                                                                 核心
　　3                                                                               3个
　　ENGINES                                                            引擎
　　27                                                                            27台
　　THRUST AT SEA LEVEL                             海平面推进力
　　22,819kN 5,130,000 lbf                            22819千牛／513万磅
　　THRUST IN VACUUM                                真空推进力
　　24,681kN 5,548,500 lbf                            24681千牛／555万磅
　　三个“9引擎”内核
　　重型猎鹰火箭共有三个引擎核心，每个核心都是九个梅林引擎的集群。这些引擎共同为重型猎鹰提供动力，使其成为世界上最具成本效益的重型运载火箭。配有27台第一级引擎的重型猎鹰，拥有着其他运载火箭无可匹敌的紧急引擎故障应对功能——在满载的情况下，如果一台甚至多台引擎在某个飞行点熄灭了，它仍可以顺利完成任务。

核心／引擎布局

技术指标

　　世界上最强大的火箭

各国火箭，到达近地轨道的载荷对比

　　重型猎鹰运载火箭起飞时推力可达500万磅(22200千牛)，很快将成为世界上最强大的服役火箭。这个推力相当于十八架波音747全力推进。以下是根据历史发布数据制成的世界现役大型运载火箭的比较图。重型猎鹰可将一架满载乘客、船员、行李箱和燃料的波音737喷气式客机送进轨道。只有1973年退役的土星5号运载火箭可与其匹敌。

　　整流罩
　　SpaceX的有效载荷整流罩是SpaceX公司内部研制的复合材料结构，用于重型猎鹰和猎鹰9号火箭。它可在运输途中保护卫星安全抵达轨道，包括近地轨道（LEO），地球同步转移轨道（GTO），甚至更高。整流罩高13.1米（43英尺），宽5.2米（17英尺），由铝制蜂窝芯和碳纤维面板组成，分为两个半壳（见图一）。

来自：http://www.spacex.com/news/2013/04/12/fairing

　　在第一级火箭分离、第二级火箭切断之前，两个半壳垂直接合缝间的气动系统会打开以部署卫星。第二级火箭会推动卫星进入轨道，然后释放。
　　梅林真空引擎
　　重型猎鹰（重型猎鹰和猎鹰9号第二级设计相同）的第二级火箭由单个梅林真空引擎驱动，该引擎与第一级的引擎非常相似，只是调整为在真空中运行。像主要的梅林引擎一样，真空引擎是由SpaceX内部设计和制造的。引擎设计为可持续燃烧约六分钟，可根据需要多次关闭并重新启动，以便将不同的载荷送进不同的轨道。引擎位于火箭的级间（第一级和第二级之间）。

火箭级间的外部构造与内部透视图（含梅林引擎）

　　栅格翼

　　重型猎鹰的第一级火箭配备了超音速栅格翼，可以在第一级回收折返期间操控其升力的方向。
　　重型猎鹰结构

来源：http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-structure

　　重型猎鹰第一级火箭的三个引擎核心和其第二级火箭的外壁均由铝-锂合金制成。添加锂后，材料变得比纯铝更强、更轻。重型猎鹰能承受超过预期40％的结构载荷，也就意味着它有40％的余地保证结构安全，而其他大多数运载火箭只有25％的余地。
　　每个核心和第二级火箭实际上都是用于存储引擎燃料的大型储罐。每个储罐和密封储罐的圆顶都是完全由SpaceX制造，使用SpaceX定制的搅拌摩擦焊机以保证最强最可靠的焊接技术。火箭结构也由SpaceX内部研制而成。
　　着陆腿

来源：http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-landing-legs

　　重型猎鹰火箭被设计为可完全回收。中央芯级和两侧助推器都携带着陆腿，起飞后可使每个核心安全地降落在地球上。在两侧助推器分离后，它们的中心引擎将燃烧并控制助推器的轨迹，使其安全远离火箭。当助推器回到地球，着陆腿将会展开，使助推器轻轻降落在地面。中央芯级将继续推进，直到第一级分离，之后它的着陆腿也会展开并返回地球。
　　着陆腿由最先进的含铝蜂窝芯的碳纤维制成。在起飞期间，四条着陆腿贴着核心两侧放置，着落时向外展开。
　　圆形布局

来源：http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-octaweb

　　重型猎鹰火箭的三个核心的27台梅林引擎排列成名为“Octaweb”的结构——八个引擎围绕每个核心的一个中心引擎。
　　现在九台梅林引擎的Octaweb布局是之前九宫格（3*3）布局的改良版。Octaweb是一种金属结构，它支持着火箭基座上围绕中心引擎的八个引擎。这种结构简化了引擎的设计和组装，也使制造过程更加流畅。
　　梅林引擎

来源：http://www.spacex.com/news/2013/04/12/falcon-heavy-merlin-engines

　　推动着重型猎鹰第一级火箭的梅林引擎是由SpaceX开发的，采用了以往空间引擎的设计。梅林引擎设计核心在于其轴针式喷油器，它最开始应用于阿波罗月球登陆舱。九引擎架构也是阿波罗计划中土星1号和土星5号火箭所采用的改进版本。虽然阿波罗任务中的引擎曾莫名熄灭 ，但它仍有相当完美的飞行记录。
　　有液氧和火箭煤油作为推进剂，一台梅林1D引擎在起飞时可以释放845千牛（19万磅）的推力，在火箭冲出大气层后，推力可上升到914千牛（20.6万磅）。引擎的真空比冲（用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数，定义为单位推进剂的量所产生的冲量）非常高，为309秒。梅林引擎的推力重量比超150，这使它成为最有效的增压发动机，同时仍保证搭载宇航员所需的结构和热安全性。梅林引擎是SpaceX内部制造的。
　　（本文来源：NASA中文）

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