NROL-76发射：猎鹰火箭的新里程碑

□ 张雪松

NROL-76发射：猎鹰火箭的新里程碑

□ 张雪松

2017年5月1日晚上19时15分，“猎鹰”9号火箭从肯尼迪航天中心将美国国家侦察局的NROL-76卫星发射升空，这是太空探索技术公司首次发射高度机密的军用载荷，是该公司进入军用发射市场的里程碑。这次发射中“猎鹰”9号火箭第一级实现了教科书式返回和回收，二级长时间滑行后再次点火，也为执行难度更高的静止轨道直送任务奠定了基础。

从无控再入到飞回式再入

严格地说，这并非太空探索技术公司第一次发射国家侦察局（NRO）的卫星。早在2010年12月“猎鹰”9号火箭的任务中，一个NRO的立方星就作为次级载荷发射上天，但这次任务是“猎鹰”9号火箭和太空探索技术公司获得军方和情报部门认可后，第一个军用大型卫星发射任务。它的成功为该公司进军军用商业发射市场铺平了道路。联合发射联盟长期以来的“自留地”被抢，面对的竞争压力更大了。

太空探索技术公司长期以来使用“猎鹰”9号火箭进行海上和陆上着陆的重复使用试验，那些技术试验性质的“蚱蜢”试验略过不论，“猎鹰”9号第一级的再入和着陆试验一直吸引着人们的眼球。自“猎鹰”9号的发射开始，再入着陆试验就拉开帷幕。最早的试验着重于突破再入关口，前两次无控再入失败后，太空探索技术公司放弃无控伞降方案，转向反推控制再入方式。2013年9月29日的“猎鹰”9号火箭第6次发射中，第一级反推再入方案首次亮相，这也是“猎鹰”9号V1.1的首次发射。这次发射中第一级火箭成功实现完整再入，但由于箭体自旋发动机无法继续工作最终坠毁。猎鹰火箭第九次发射也就是第二次尝试中，第一级箭体就成功从10倍音速的速度减速再入并完整落到海面，宣告了火箭箭体再入试验的成功。接下来2014年7月14日的第10次发射中，火箭第一级飞到肯尼迪中心附近的海面后再落入海中，验证了火箭飞回式飞行的可行性。试验开始前，人们高估了高速再入穿过大气层的难度，而低估了箭体的垂直着陆的难度，接下来的着陆试验猎鹰火箭第一级都完整再入却在海上降落试验中撞得“头破血流”。

①“猎鹰”9号火箭将NROL-76卫星发射升空

②发射NROL-76卫星的“猎鹰”9号火箭第一级成功回收

③第17次发射时海上着陆失败

④CRS-8任务中，火箭首次成功在大西洋上的浮动回收平台着陆

⑤发射NROL-76卫星的一级火箭着陆

⑥CRS-6任务中，火箭在肯尼迪中心的LZ-1着陆场成功着陆

顺利的回收之路

“猎鹰”9号的第14次和第17次发射中，火箭两次着陆失败，硬砸到海上浮动回收平台上。不过失败是成功之母，根据试验中暴露的问题，太空探索技术公司进行了针对性的改进，为成功积累了经验。2015年12月22日，“猎鹰”9号火箭进行了第20次发射，这是空间站货运CRS-7任务也就是第19次发射失败后卧薪尝胆的翻身仗，但太空探索技术公司并没有保守地保成功，而是使用了新的“猎鹰”9号V1.1FT（全推力版）火箭。火箭使用大幅度增推的发动机，长度也进一步加长，运载能力大有提高不说，还继续进行回收试验。皇天不负苦心人，这次发射中“猎鹰”9号第一级在肯尼迪中心的LZ-1着陆场成功着陆，这也是人类历史上第一枚飞回式返回并着陆的运载火箭。

一回生二回熟，接下来太空探索技术公司的回收之路就顺利多了。2016年3月SES-9卫星发射任务中，猎鹰火箭第一级尝试在船上着陆。这是一次挑战极限的回收，由于剩余燃料太少没有进行反推减速，结果不仅箭体烧蚀严重，最终着陆也失败了。2016年4月的CRS-8任务中，火箭首次成功在大西洋上的浮动回收平台着陆，5月发射JCSat-14通信卫星时又船上着陆成功。发射通信卫星时第一级分离速度更高难度也更大，但也更有实用价值。2016年7月空间站货运CRS-9任务中“猎鹰”9号火箭第一级返回LZ-1着陆成功，这是近地轨道发射中首次飞回着陆。“猎鹰”9号火箭至此尝试了各种方式的返回着陆，随后可以说回收转入常态化。回收了第一级火箭，重复使用第一级也提上日程，2017年3月30日SES-10卫星发射中，猎鹰火箭第一级是在第23次发射中回收的，这是运载火箭的首次重复使用。

为第二级回收做准备

NROL-76发射任务中，国家侦察局订购的火箭倒没有使用回收的第一级，但这次发射中太空探索技术公司第一次精确地展示第一级火箭回收的各个关键事件，这对其他火箭厂商以及航天爱好者分析猎鹰火箭的回收过程具有重要价值。从官方直播视频上看，火箭第一级在约70千米高度以约1680米/秒速度分离后，随后调姿并进行反推点火减速，第一级速度很快在重力和反推作用下降低到约700米/秒，关机后继续上升到达约166千米高度的弹道顶点，速度也降低到约290米/秒。第一级火箭再入大气层前在约66.8千米高度、1395米/秒的速度下进行第三次点火反推，工作29秒后火箭速度降低到743米/秒，此时高度还有37.2千米，这次点火大大降低了进入稠密大气层后的受力和烧蚀。火箭第一级箭体此后依靠气动阻力在3600米高空已经减速到约290米/秒的速度，火箭随后进行着陆后的最后一次点火，一直持续到火箭垂直着陆。从官方直播提供的数据看，这颗卫星可能质量不大，火箭第一级剩余很多推进剂，太空探索技术公司选择在3600米高空就进行着陆反推，以保证陆回收的成功率。

NROL-76发射圆满成功，回收成功也早已司空见惯，但这次发射中仍进行了两项比较新的试验。首先是尝试回收整流罩，通过翼伞回收整流罩可以复用更多部件，进一步降低发射成本。其次是第二级将卫星送入轨道后，进行了长达3.5小时的长时间滑行，随后再次点火成功，这同样是该公司技术的一大突破。目前只有联合发射联盟的“宇宙神” 5和“德尔它”4火箭，以及俄罗斯的“质子”火箭进行过将卫星直接送入静止轨道的发射，其中联合发射联盟的火箭的低温上面级可以进行长时间滑行和多次点火，又比使用专用常温推进剂的微风上面级技高一筹。“猎鹰”9号火箭在JCSat-14卫星发射中，第二级就尝试过约1小时的滑行，这一次滑行时间延长到3.5小时，距离直送静止轨道需要的约6小时滑行时间又近了一步。虽然“猎鹰”9号火箭直送静止轨道的价值很小，但未来的重型猎鹰火箭必然发展出直送静止轨道的能力，以竞争美国空军和国际侦察局的高价值军用卫星发射任务，这将进一步或者说彻底的挤压联合发射联盟的市场。猎鹰火箭第二级的长时间滑行和多次点火能力，对于未来进行第二级的再入和回收也是必备的条件，太空探索技术公司计划未来在重型猎鹰上进行第二级的回收尝试。

总而言之，NROL-76发射任务虽然使用的是一枚新的“猎鹰”9号火箭，但它是太空探索技术公司闯入军用发射市场的标志。这次发射不仅例行成功进行了第一级回收，还试验并实现了整流罩回收，并完成了第二级的长时间滑行和再次点火试验，为第二级回收和进军高价值军用卫星发射奠定了基础，是猎鹰火箭成功道路上新的里程碑。★