[图+视频]SpaceX重型猎鹰来袭

上面这段视频是SpaceX公司于2015年1月27日发布的重型猎鹰宣传片,展示了重型猎鹰进入低地球轨道,随后实现三个火箭助推器分步着陆回收的过程。

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。(翻译:Gingerbrad 校对:柯宁

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