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惊艳!蓝色“火光”点亮加州夜空,SpaceX首次在美国西海岸完成陆上回收

2018-10-08
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北京时间 10 月 8 日上午 10 点 21 分,SpaceX 成功完成了今年的第 17 次发射。在加州范登堡空军基地 SLC-4E 发射位利用一枚“二手”猎鹰 9 Block 5 火箭将阿根廷官方太空机构 CONAE 的 SAOCOM 1A 通讯卫星发射升空,SpaceX 今年发射次数超越去年(18次)已经十拿九稳。不少在洛杉矶附近的居民能够用肉眼直接看到这次火箭发射的蓝色轨迹,十分惊艳。

 

图 | 猎鹰 9 火箭升空


此次发射依旧回收了猎鹰 9 火箭的第一级,这也是 SpaceX 的第 30 次火箭回收。而值得关注的是,此次的火箭回收地点是首次启用的、位于美国西海岸的 LZ-4 着陆区。


图丨LZ-4 着陆区(左)与此次发射位SLC-4E(右)(来源:Google Earth)


由于该位置距离本次火箭发射的 SLC-4E 仅有 426 米的距离,所以,在本次任务执行之前,美国空军还特地向周边的居民发出“温馨提示”——如果听到了巨大的爆炸声,不要惊慌,那是火箭回收时产生的音爆。


(来源:Twitter 网友 Mayor Eric Garcetti‏)


(来源:NBC LA)


着陆区——SpaceX 光环下的无名英雄


“可回收火箭”与“SpaceX”就如同硬币的两面,我们提到其中的一个词很难不会联想到另外一个,甚至在 2016 年,“可回收火箭”这项技术还被列为《麻省理工科技评论》“十大突破性技术”榜单,成为历年来屈指可数的航空航天领域创新性技术。

 

图丨2016 年十大突破性技术(来源:MIT Technology Review)


在可回收火箭操作的整个环节中,其前半部分的发射、一二级分离以及后半部分的星箭分离、载荷入轨都与传统的发射任务一致。唯一不同的就在于,火箭发射数分钟后,一二级火箭分离,火箭第一级需要调转方向,瞄准与发射位毗邻的着陆区并进行着陆。此时火箭的一二级助推器会同时工作,在空中燃烧起两朵熊熊烈火,如果是恰逢这一次在夜间的发射,那么效果会更加震撼。


图丨LZ-4 着陆区面朝大海(来源:SpaceX)


但在火箭的整个任务执行的过程中,我们最容易忽略的就是回收时的着陆区(Landing Zone),其实,它在整个任务实施的过程中扮演着重要的角色。

 

图丨LZ-4 着陆区鸟瞰(来源:SpaceX)


以 SpaceX 为例,其目前拥有 5 处共两大类的着陆区,分别是陆上的 LZ-1、LZ-2、LZ-4 着陆区(的确没有 LZ-3)和海上的“Just Read The Instructions”和“Of Course I Still Love You”两艘着陆船(Autonomous Spaceport Drone Ship,ASDS)。第一代的“Just Read The Instructions”着陆船已经退役,第四艘“A Shortfall of Gravitas”着陆船正在建造中,预计会在 2019 年中旬投入使用。

 

陆上回收——明星发射场的旧物再利用

 

自从 2015 年 12 月 22 日,SpaceX 成功实现一级火箭回收之后,他们的“launch,land,relaunch”之路就停不下来了,迄今为止已经完成了 30 次的回收任务(含海上)。而在今年 2 月 6 号所执行的重型猎鹰(Falcon Heavy)火箭首飞任务中更是上演了“双龙归来”的精彩好戏。

 

图丨重型猎鹰回收(来源:SpaceX)


在重型猎鹰首飞中,两枚助推火箭的着陆区就是 SpaceX 最早的 LZ-1、LZ-2 两个场地,其距离起飞地 Space Launch Complex 39A(SLC-39A)的直线距离约在 10 公里左右,由原来的 Space Launch Complex 13(SLC-13)发射位改造而来。

 

图丨LZ-1 着陆区远眺(来源:NASA)


说起 SLC-13,它的历史可算比较悠久。其第一次使用是在 1958 年,用作著名的宇宙神(Atlas)系列火箭的首款型号 SM-65 Atlas 的测试发射(当时还叫做洲际导弹)。一直到 1978 年,Atlas 的 B、D、E 和 F 型都在这里进行过测试和发射任务,这段时期也是 SLC-13 辉煌的黄金时期,也使得 LC-13 成为 Atlas 家族四个场地中使用时间最长的一个。

 

1978 年 4 月 7 日,SLC-13 迎来了最后一次发射任务,Atlas-Agena 火箭将 Rhyolite 卫星从这里发射升空,1980 年后,SLC-13 被关闭。

 

图丨SLC-13历史发射纪录(来源:Wikipedia)


不过,这里面还有一个小插曲,那就是考虑到 SLC-13“悠久的历史”,它在 1984 年 4 月 16 日被美国政府列入美国国家历史名胜名录(National Register of Historic Places,NRHP)。只可惜,由于疏于管理,整个发射位及配套设施被腐蚀严重,最终在 2012 年被拆除。

 

2015 年 1 月,美国空军将 SLC-13 场地租借给 SpaceX,租期 5 年,后被改成现在为大家所熟知的 LZ-1、LZ-2 着陆区。不过,就如同在得克萨斯州的布朗斯维尔(Brownsville)自建发射场一样,在着陆区的选择上,SpaceX 也开始寻求多种方案以分散风险,除了着陆船之外,就是开辟另一处陆上着陆区,即今天的主角——LZ-4。

 

图丨网红航天摄影师John Kraus在发射场前(来源:John Kraus)


不同于位处东海岸的 LZ-1 和 LZ-2,LZ-4 位置在西海岸的范登堡空军基地,毗邻太平洋,由原来的 Space Launch Complex 4W(SLC 4W)改造而来。

 

从 1963 年 7 月 12 日,Atlas LV-3 火箭在这里进行首次飞行之后,一直到 2003 年 10 月 18 日,Titan 23G 火箭在 SLC 4W 的谢幕之旅,这里一共执行了 93 次发射任务。

 

图丨SLC 4W历史发射纪录(来源:Wikipedia)


2015 年 2 月,SpaceX 拿下了 SLC 4W 位置为期 5 年的租约,将其改装为如今的 LZ-4 着陆区。而关于 LZ-4 着陆区何时会启用,此前观点普遍认为会是在 2017 年 12 月 SpaceX 为铱星公司发射十颗 Iridium NEXT 卫星时将会回收一级火箭,但最终还是没有成行,以一次性飞行的模式完成了任务。

 

直到 2018 年 7 月,SpaceX 公司向美国联邦通信委员会(FCC)申请了着陆后通信许可才明确了本次的 SAOCOM 1A 任务会成为首次在 LZ-4 着陆区实施的火箭回收。

 

海上回收——突破想象的大胆之作

 

上文提到,SpaceX 在寻求解决火箭回收的场地问题上共有两种模式,除了较为常人所理解的陆地回收之外,利用驳船在海上进行回收工作则更是一项大胆的创举,其间经历了最初的 4 次失败,直到 2016 年 4 月 8 日才成功完成首次的海上回收。

 

为什么海上回收至关重要?因为对于执行地球静止轨道、大载荷或者深空探索等需要较高初始速度的任务来说,猎鹰 9 号火箭无法保证一级火箭在分离之后有足够的燃料可以返回陆地着陆区,但这类任务又会日益成为 SpaceX 的重要组成部分。在这种情况下,为了保证 SpaceX 的发射竞争力,实施海上回收就势在必行。

 

(来源:SpaceX)


目前,SpaceX 共拥有“Just Read The Instructions”和“Of Course I Still Love You”两艘着陆船,第一代的“Just Read The Instructions”着陆船已经退役,第四艘“A Shortfall of Gravitas”着陆船正在建造中,预计会在 2019 年中旬投入使用。而根据 SpaceX 官方口径,该类型船舶被称为自主航天港无人船只平台(Autonomous Spaceport Drone Ship,ASDS)。

 

这一概念由马斯克最早在 2009 年提出。2014 年 10 月,SpaceX 公开宣布,他们与美国路易斯安那州的一家造船厂签订合同,在商用驳船的基础上为可回收火箭改装建造着陆船。并准备将佛罗里达州的杰克逊维尔港、卡纳维拉尔港以及加利福尼亚州的洛杉矶港作为着陆船的母港。


(来源:SpaceX)

 

第一艘着陆船是以 Marmac 300 系列海洋驳船为基础改装而来,被命名为“Just Read The Instructions”,于 2015 年 1 月 10 日执行了首次任务,当然是以失败告终,目前已退役。

 

第二艘着陆船是以 Marmac 304 系列海洋驳船为基础改装而来,被命名为“Of Course I Still Love You”,目前在役,2015 年初开建,2015 年 6 月投入使用,母港为东海岸的卡纳维拉尔港。

 

第三艘着陆船是以 Marmac 303 系列海洋驳船为基础改装而来,同样被命名为“Just Read The Instructions”,以取代上一代的同名船只,2015 年 7 月开建,2016 年 1 月投入使用,母港为西海岸的洛杉矶港。

 

第四艘着陆船正在建造中,被命名为“A Shortfall of Gravitas”,也将部署在东海岸,预计将会在 2019 年中旬投入使用。

 

根据最早的信息显示,该着陆船的尺寸为 52 米×91 米,着陆区甲板很有可能是厚厚的一层钢板。船只由 4 台柴油发动机提供 360 度的机动操作,搭配上精准的 GPS 定位技术和随行有人支援船的控制命令,该着陆船相对于火箭的定位精度可达到 3 米左右

 

图中单位为英尺(来源:Musk Twitter)


在每次进行回收操作时,如果火箭回收成功,稳稳地停在了着陆船上,那么 SpaceX 的工作人员就会将火箭的着陆腿与着陆船甲板焊接在一起,将其安全送回港口,如果回收失败,任何有价值的物件也会被固定好并送回港口。

 

“星辰”与“大海”——海上平台重要性凸显

 

无论是在海上发射、海上回收还是海上遥测,海上平台对于航天活动的重要性已经不言而喻,二者的关系已经日益密切。从最早的美俄乌挪四国成立的海上发射公司(Sea Launch)执行海上发射天顶号火箭,到 SpaceX、蓝色起源都规划出一级火箭海上回收平台甚至整流罩回收平台。我国也将在 2019 年初执行首次海上发射任务。

 

图丨蓝色起源海上着陆船概念图(来源:蓝色起源)


从发射角度来看,从海上执行发射任务,既可以摆脱纬度对发射场的限制,节省火箭的燃料,提高运载能力,也可以不需要担心海洋上发射火箭组件的坠落问题,可以成为陆地发射的有效补充。

 

图丨海上发射公司执行发射(来源:Sea Launch)


从回收的角度来看,对于有志于成为顶级航天发射服务商的 SpaceX 和蓝色起源来说,要想完成高效率、低成本、灵活机动的发射服务,那么海上回收的一环就势不可少。

 

从航天测控的角度来看,建设遍及全球的航天测控网对于中小国家及商业公司来讲显然不太现实,除了租用之外,海上的测控船也提供了一个新的思路。事实上,航天强国对于海上测控船的发展也一直没有停歇,类似中国的“远望”家族和俄罗斯“尤里·加加林”号等知名航天测控船都已经成为所属国家开展航天活动的重要支持力量。


图丨中国第三代海上测量船“远望7号”

 

对于越来越兴盛发达的商业航天产业来讲,除了关注诸如火箭、卫星等较为直接的航天产品之外,挖掘上中下游航天全产业链的商业机会,不仅有助于加深航天商业化的程度,壮大商业航天的市场规模,也利于提高人类航天活动的效率,大有裨益。

 

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