猎鹰9号：世界首款轨道级可重复使用火箭的技术解析

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猎鹰9号：世界首款轨道级可重复使用火箭的技术解析

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http://www.bilibili.com/read/cv37492995/

猎鹰9号（Falcon 9）是美国SpaceX公司设计和制造的部分可重复使用二级火箭，也是世界上首款轨道级可重复使用火箭。自2010年首次发射以来，猎鹰9号不断突破技术瓶颈，不仅在2015年成功实现首次芯级回收，更在2020年成为首枚将宇航员送入轨道的商业运载火箭。本文将详细介绍这款革命性火箭的技术特点和发射流程。

基本参数

国籍：美国
研发机构：SpaceX
高度：
FT：70 m
v1.1：68.4 m
v1.0：54.9 m
直径：3.7 m
质量：
FT：549 t
v1.1：506 t
v1.0：333 t
级数：二级
近地轨道载荷：
FT（不回收）：22.8 t
FT（ASDS回收）：17.5 t
v1.1：13.1 t
v1.0：10.4 t
同步转移轨道载荷：
FT（不回收）：8.3 t
FT（ASDS回收）：5.5 t
FT（RTLS回收）：3.5 t
v1.1：4.8 t
v1.0：4.5 t
首次发射时间：v1.0于2010年6月4日
服役情况：现役（仅FT Block 5）

设计版本

猎鹰9号设计了多个版本：

v1.0于2010—2013年使用
v1.1于2013—2016年使用
v1.2（全推力型）于2015年首次发射，其中包括自2018年5月开始使用至今的Block 5变体

一级火箭

猎鹰9号v1.2 Block 5一级使用九台梅林1D++（Merlin 1D++）发动机：

单台海平面推力：903.0 kN（92.1 t）
海平面比冲：2844 m/s（290 s）
总推力：8127 kN
推进剂：航天级过冷RP-1煤油和过冷液氧
发动机循环：燃气发生器循环
点火剂：TEA-TEB
可多次点火，简单维护后可重复发射
一级干质比约为20

二级火箭

猎鹰9号v1.2 Block 5二级使用一台梅林1D真空改进版本（Merlin 1DV+）发动机：

单台真空推力：934.1 kN（95.3 t）
真空比冲：3413 m/s（348 s）
比海平面版有更大喷管面积比，比冲更高
二级干质比大于30，推重比很高

整流罩

材料：碳纤维外皮覆盖的铝制蜂窝芯
尺寸：直径5.2 m，长13 m
重量：约1.9 t
有时配备降落伞以实现溅落回收
由SpaceX设计与制造，于2013年春季在普拉姆布鲁克站完成测试

发射时序

典型GTO任务

时序/s	Event	节点事件
T - 3s	Engine start sequence	发动机按顺序启动
T + 0	Lift off	起飞
T + 74s	Maximum dynamic pressure / Max-Q	最大动压
T + 147s	Main engine cutoff / MECO	一级关机
T + 151s	Stage separation	一二级分离
T + 158s	Second engine start-1 / SES-1	二级点火
T + 222s	Fairing deploy	抛整流罩
Entry Burn	再入点火
Landing Burn	着陆点火
T + 484s	Second engine cutoff 1 / SECO-1	二级一次关机
T + 1636s	Second engine start-2 / SES-2	二级二次点火
T + 1696s	Second engine cutoff-2 / SECO-2	二级二次关机
T + 1996s	Spacecraft separation	星箭分离

典型LEO任务

时序/s	Event	节点事件
T - 3s	Engine start sequence	发动机按顺序启动
T + 0	Lift off	起飞
T + 67s	Maximum dynamic pressure / Max-Q	最大动压
T + 145s	Main engine cutoff / MECO	一级关机
T + 148s	Stage separation	一二级分离
T + 156s	Second engine start-1 / SES-1	二级点火
T + 195s	Fairing deploy	抛整流罩
Entry Burn	再入点火
Landing Burn	着陆点火
T + 514s	Second engine cutoff 1 / SECO-1	二级一次关机
T + 3086s	Second engine start-2 / SES-2	二级二次点火
T + 3090s	Second engine cutoff-2 / SECO-2	二级二次关机
T + 3390s	Spacecraft separation	星箭分离

发射场

猎鹰9号目前可以在范登堡太空军基地和卡纳维拉尔角太空军基地执行发射任务。

目标轨道

目标轨道	初始轨道倾角	发射场
LEO	28.5 – 55	卡纳维拉尔角太空军基地
LEO	55 – 66	范登堡太空军基地
LEO极地轨道/SSO	66 – 145	卡纳维拉尔角太空军基地，范登堡太空军基地
GTO	大于28.5	卡纳维拉尔角太空军基地
地球逃逸轨道	无	卡纳维拉尔角太空军基地，范登堡太空军基地