本期是关于SpaceX，猎鹰火箭和马斯克的第六篇文章，欢迎大家在文末留言。祝愿各位朋友，新年快乐。正文共31图，6000字预计阅读25分钟“猎鹰9 V1.1”
正在总装测

 

        本期是关于SpaceX，猎鹰火箭和马斯克的第六篇文章，欢迎大家在文末留言。祝愿各位朋友，新年快乐。正文共31图，6000字预计阅读25分钟“猎鹰9 V1.1”

正在总装测试中的“猎鹰9V1.0”火箭新型火箭采取水平组装，水平转运，垂直起竖发射方式组装-测试-发射        2010年底，SpaceX已经完成了 “梅林1C” 型“猎鹰9 V1.0”火箭的开发和两次飞行测试（。

从“猎鹰5”到“猎鹰 V1.0”）。其实多年来，该公司一直在野心勃勃地讨论一型更为强大的猎鹰9，这个新型的猎鹰火箭就是现役的“猎鹰9 V1.1”。

“猎鹰9 v1.1” 一级发动机点火测试9台"梅林 1D"发动机采用新的八角形布局照片是2013年4月27日马斯克拍摄于麦克格雷格（McGregor）的大展台上，印证了坊间对“猎鹰9 v1.1”的猜测

范登堡空军基地SLC 4E发射台上的“猎鹰 9V1.1”火箭、起竖装置和远处的火箭卫星装配厂房（通过一条弯曲的道路与发射平台相连接），SLC 4E发射平台在2013年年初才改造完工马斯克将执行前五次“猎鹰 9”任务的火箭命名为“猎鹰 9 V1.0”，从第六次开始，“猎鹰 9 V1.1”取代了V1.0。

2013年9月29日，SpaceX的升级版猎鹰火箭“猎鹰 9 V1.1”成功发射在此次任务中，“猎鹰 9 V1.1”搭载了加拿大太空局的气象通信卫星CASSIOPE并收取了大约1000万美元的发射费用（一磅有效载荷的费用只一万美元），SpaceX和马斯克在接受。

CBS的采访时仍表示这是一此试验性很强的任务，为此他们还给加拿大太空局打了一个不小的折扣这是猎鹰9火箭的第6次飞行，也是V1.1版本的第一次发射，发射选定于范登堡空军基地的SLC-4E发射复合体      这是。

“猎鹰9V1.1”和梅林-1D发动机的首飞，第一次在范登堡空军基地发射，第一次使用直径5.2米的整流罩，第一次使用启动推动器代替火工品分离整流罩，第一次尝试火箭一级二次点火并水平软着陆实现回收阶段性目标是新型火箭和发动机试车成功（别第一次使用范登堡基地就出大乱子）。

终极目标是火箭的可重复性测试仔细观察上图可以发现，执行本次航天任务的“猎鹰9V1.1”并没有安装着陆腿，不具备回收能力，SpaceX官方称这个版本的猎鹰为 “Falcon-9 v1.1 (ex)”      这次任务基于NLS II合同，发射合同详细规定了使用火箭的类型和性能，SpaceX要采用新型火箭执行此次发射任务就不得不修改发射合同，NASA。

为此开了绿灯，在2012年5月14日与SpaceX达成了新协议。尽管此时“猎鹰9V1.1”并未命名。

“猎鹰 9 v1.1” 火箭设计第一级为可重复使用v1.1的直径3.7米，高68.4米，比 “猎鹰 9 v1.0” 或“Block 1”（53米）高得多，以便容纳更长的推进剂储箱主发动机由 “梅林-1D” 取代了 “ 梅林-1C”，每个 “梅林-1D” 将提供比原来的1C多约1.5倍的推力（需要更多的推进剂）。

届此，“猎鹰 9 v1.1”  的低地球轨道（LEO）运载能力提高到13.15吨，地球同步转移轨道（GTO）运载能力将提高至4.85吨新的 “梅林” 发动机多次点火能力十分出色升级后的火箭采用与龙飞船相似的三重冗余航空电子系统，提供单容错架构。

分离系统也得到了升级，连接点的数量从12个减少到3个，可靠性更高该火箭还具有更强的隔热层，允许火箭重新进入地球大气并最终推进着陆

上一期曾提及，SpaceX十分珍惜每一次发射机会，总是能够整出点新花样，这一次也不例外，在分离掉最后一个有效载荷后，火箭二级发动机重新点火，工作数秒后没有任何机械问题，然而弹载计算机在发动机工作一段时间之后监测到发动机推力室压力过高，自动终止了真空梅林发动机的工作。

这个Bug源于发动机地面测试与在太空点火工作工况不同（背压），这个问题在此后的发射中及时得到了补正。也正因为这项多余的试验，使得SpaceX避免了下次发射惨败。这给了诸航天大国不少的启示吧？

另一个技术探索就是一级火箭在超音速下重启3台发动机反推箭体，使火箭受控再入大气层在软着陆的末段只开启一台发动机，这一过程也近乎完美Bug出现在姿态控制上，由于箭体倾斜过多，再加上本次飞行根本没有配备着陆腿，火箭最终坠海。

这是猎鹰火箭的第一次回收尝试能够找准着陆点就已经很难得了      总而言之，这是一次试验性飞行，鉴于失败概率比较高，SpaceX只收取了MDA公司正常发射费用的20％同时马斯克强调，这次飞行的回首成功概率不到10％。

事后果然回收失败，但是验证了其他技术的可靠性在访问空军网站时发现，此次发射是SpaceX执行美国空军“改进型一次性运载火箭计划”，获得空军发射认证所需三次发射中的第一次得到此认证后，SpaceX可以执行所有国家安全空间（NSS）任务。

这个认证有多重要就不多言了，感兴趣的可以点击阅读本公众号往期文章SpaceX发射X-37b背后那些事儿。光环后的八卦

改进型一次性运载火箭计划(Evolved Expendable Launch Vehicle简称EELV)，整个计划的宗旨在于商业化的运载火箭，并降低发射成本和提高运送到轨道的重量       冷战后，波音吞并马克唐纳·道格拉斯公司，洛克希德公司与马丁·玛丽埃塔公司合并成洛马公司，两位军火巨头垄断了美国绝大部分军事卫星发射任务。

美国空军有感于波音和洛马公司在太空发射上的垄断地位（这部分背景请看往期SpaceX崛起背后的NASA与ULA），抛出这个计划让两家公司竞争开发低价位火箭，以降低航天发射成本所以一开始这就不是个开放型的计划。

后来波音和洛马不甘心军方坐收渔翁之利，合伙成立了发射联盟（ULA），航天发射垄断力量反而再次强强联合，将了空军一马在此情况下，空军和政府（NASA）索性扶持商业航天，栽培SpaceX和蓝色起源等公司使之做大，拉SpaceX加入这个计划与发射联盟进行竞争。

“梅林 1D”独领风骚

火箭升级地同时必不可少地对发动机性能产生更高要求，“梅林 1C”的推重比和推力已经难以支撑新型猎鹰火箭，开发“梅林 1D”很早便提上日程上图为SpaceX官网2015年公布的正在进行成品点火测试的一台“梅林 1D”，它即将被安装到“猎鹰 9V1.1”上进行发射和回收测试

      2011年8月的联合推进会议上，SpaceX火箭推进系统部副总裁Tom Mueller表示，“梅林 1D”发动机测试真空推重比大于150：1，真空比冲量大于309秒测试用的发动机在66.68吨的推力下进行了185秒的长时间燃烧。

发动机数据随后进行了更新，海平面推力66.68吨，真空推力73.03吨，海平面比冲282秒，真空比冲311秒这是采用气体发生器循环技术的第一级煤油火箭发动机所达到的最高比冲测试数据只比设计指标略高可以说，。

“梅林 1D”是一型十分出色的发动机2013年3月20日，SpaceX宣布“梅林 1D”发动机已完成飞行资格测试在28项测试中，“梅林 1D”完成了总共1970秒（相当于十次发射工作时间总和）的燃烧测试。

安装在二级火箭的真空版“梅林 1D”发动机随即测试成功       大型火箭发动机并不是将小火箭发动机等比例放大那么简单，物件造大了会带来许许多多问题，大型火箭发动机面临燃烧不稳定问题更为艰巨也就是这个原因，SpaceX并没有在公司成立之初就走大推力火箭发动机之路，而是采用了小巧的“梅林”，从公司发展战略上说这是一个败笔，然而也是无奈之举，然而从具体技术层面考虑，“梅林”系列发动机成就了“猎鹰9”，成就了SpaceX。

表现出色的“梅林 1D”发动机，点火时产生130万磅推力，在接近太空时由于背压变化发动机推力增大到150万磅，这几乎是之前“梅林 1C”发动机推力的两倍      定型后的”猎鹰 9V1.1“在一二级火箭分离后，第一级火箭中的三台 “梅林-1D” 发动机将二次点火以减缓其再进入大气层的速度。

接近海平面时，一个 “梅林-1D” 再次点火，着陆腿展开实现软着陆二级火箭只装备一台真空版本的 “梅林-1D” ，铝锂合金制造的二级火箭燃料箱装载着液氧和火箭级煤油（LOX / RP-1），经过多次重新点火后，将多个有效载荷推送入轨。

为了获得最大的可靠性，二级火箭有多余的点火系统（冗余设计），燃烧时间为375秒更加坚固的发动机支撑架构

旧的发动机支撑架构难以支撑两倍于之前推力的9台 “梅林-1D” 发动机，所以发动机布局由之前的方形 “井字” 型改造为圆形“Octaweb”型架构，这也是“梅林 9 V1.1”外观不同于“猎鹰 9 V1.0”的最大特点之一。

发动机系统可以在两台发动机停机状态下维持正常运转，并且仍能成功完成任务

储箱增大，箭体修长

推力扩大一倍的 “梅林-1D” 发动机需要消耗更多的推进剂，由此“猎鹰 9V1.1”推进剂储箱较“V1.0”增大了60%，直观上“V1.1”箭体更加修长重型猎鹰——百转千回，我依然爱你      重型猎鹰火箭的概念早在2004年就已经开始讨论，并有在猎鹰5的基础上开发重型猎鹰火箭的设想，“猎鹰5”的下马以及“猎鹰9 ”的不断升级使得重型猎鹰火箭的设计图一变再变。

直到2011年4月25日，在“猎鹰9 V1.0”成熟后，马斯克正式公布重型猎鹰火箭的开发进展：采用“加长”版的“猎鹰 9”火箭，捆绑两个“猎鹰9”作为助推，尽管当时并未公布重型猎鹰火箭的详细参数，但是要达到设计推力就不得不改进发动机提高比冲，改进简体结构设计提高推进剂推重比（推进剂比重达到0.966）。

从2012年开始，SpaceX公布的重型猎鹰火箭设计图两个助推推进剂储箱比芯一级推进剂储箱长10%-15%

        在2013年8月初，SpaceX为重型猎鹰和 “猎鹰 9 v1.1” 提供了更新的性能数据：重型猎鹰具备LEO轨道53吨的运载能力，GTO轨道21.2吨的运载力，火星转移轨道运力提升为13.2吨；“ 猎鹰9 v1.1”仍然可以提供LEO轨道13.15吨，GTO轨道4.85吨的运载力，总起飞质量上升至505.846吨。

设计中“猎鹰 9 v1.1” 的9台“梅林-1D”发动机提供600.109吨的起飞推力，重型猎鹰总共27台发动机将提供1800.327吨的起飞推力（尽管如此，重型猎鹰的起飞推力也只有土星5的一半）蚱蜢火箭

和"猎鹰9R"      王阳明《传习录》有“不忘初心”，马斯克的初心是以较小的成本（当时成本的十分之一）实现火星移民，这就不得不想方设法降低发射费实际上如何降低发射费用是整个航天工业界面临的主要挑战之一，当前世界各航天发达国家一致认为。

运载器实现重复使用是降低运载成本的有效途径不同于一次性运载火箭发射后完全废弃的方式，可重复使用运载器（Reusable Launch Vehicle，RLV）通过不同方式回收并多次发射、重复使用，采用费用均摊的原则，能大幅降低单位有效载荷发射成本，具有极高的军事和民用价值。

很多人质疑火箭回收的必要性，来来来，这是发射联盟的宇宙神火箭成本与重量结构图，仅仅一级火箭结构和引擎就占了成本的大头，燃料只是成本中微不足道的一部分但是从重量看，燃料却占了绝大部分所以，从降低成本的方式来看最直观最有效的方式就是重复利用。

X-30空天飞机通过地球大气层飞向低地球轨道，它是国家航空航天飞机计划的一部分      在航天飞机研制成功后直至21世纪初，美国主要进行了2次规模较大的RLV研制工作：1986年开始的国家空天飞机（National Aerospace Plane，NASP）计划和1996年开始的X-33计划。

两项计划的共同点是单级入轨（Single Stage To Orbit，SSTO），然而由于技术难度大，在花费巨额投资后分别于1995年和2001年相继下马美国在研制单级入轨RLV上受到的挫折使人们深刻反思并认识到，以火箭发动机为动力的多级入轨、部分/完全可重复使用运载器能够充分继承现有航天运输技术的成果和经验，是近期RLV发展的目标。

（X-37B那点不能说的秘密，美航天飞机详解之固体助推器，美国航天飞机详解：轨道飞行器1）

X-33是一种无人操纵的小型化试验飞行器，采用垂直起飞方式，亚轨道飞行，能在飞行跑道上着陆，原本计划成为下一代的RLV，但因所需新技术的开发失败，最后计划于2001年中止该项目由NASA牵头，洛马公司的“臭鼬工程队”负责开发，耗资13亿美元。

     SpaceX充分吸收了RLV的经验，采用多元、渐进式发展的航天器回收战略它包括以下3种试验：  低空（低于3.5 km）、低速试验；高空（3.5~91 km）、中速试验；高空（91 km以上）、高速的再入、受控减速、受控降落试验；。

      其中前两种主要通过蚱蜢（Grasshopper）试验飞行器和"猎鹰9R Dev"试验飞行器进行试验。它们都是“ 猎鹰9 v1.1”开发工作中的一部分。

2012年9月21日，蚱蜢火箭在SpaceX所属得克萨斯州麦克格雷戈的火箭试验场首次试飞尽管小蚱蜢只起跳了短短6英尺，这是猎鹰火箭一级可重复使用关键的一步远远看去，蚱蜢火箭形状像一个白色的圆柱形水箱      截止到2013年10月7日，蚱蜢火箭总共进行了8次试验飞行，飞行高度总1.8米提高到了744米，点火持续时间从3秒到80秒。

从照片中可以看到，蚱蜢火箭由一个“猎鹰 9”火箭一子级，一个“梅林-1D”发动机，四个钢制着陆腿和一个钢支撑结构组成。还有一个可爱的彬彬有礼的假人。

灵敏精准的传感系统+姿态控制器+导航算法使火箭软着陆点一次比一次精准。然后通过闭环推力矢量发动机控制火箭安全平稳着陆。

第6次测试中，蚱蜢火箭第一次利用采用了闭环控制飞行算法的导航传感器来完成精确着陆其实大多数火箭都配备了传感器来确定位置，蚱蜢火箭前五次飞行测试也都依赖于这样的普通传感器，这些传感器通常不够精确，无法使蚱蜢精确着陆。

此次测试在控制回路中加装了一个更高精度的传感器换句话说，SpaceX根据新的传感器读数直接控制蚱蜢，在感测蚱蜢与地面之间的距离时增加了一个新的准确度，从而实现更精确的着陆      蚱蜢火箭的8次垂直起降试验飞行高度逐渐增加，点火持续时间逐渐加长，试验中还测试了某些特别技术，如搭载假人玩偶、测试风中稳定性和导航传感器、进行侧向移动。

通过蚱蜢飞行器的8次试验，SpaceX公司积累了一定的可重复使用火箭技术，包括低空、低速情况下的高精度姿态控制技术、大范围推力调节技术、导航算法、横向机动技术和着陆支架支撑技术等蚱蜢火箭最后一次试验飞行高度达到了744米，该视频是由一架六轴无人机拍摄的，它比之前任何一架飞机都更接近蚱蜢。

2013年6月初，“猎鹰 9 R”进行了静态点火测试试验飞行5次后，蚱蜢火箭使命临近终结试验成熟的技术有必要应用到真实的“猎鹰 9”火箭上验证可行性于是制造了“猎鹰 9 R”，R是英文“REUSABLE。

”（可重复使用）简写。在第五次试验飞行和第六次试验飞行之间，SpaceX在麦克格雷戈的火箭试验场进行“猎鹰 9 R”的静态点火测试。有关“猎鹰 9 R”的故事我们在后期详细聊。像生产香肠一样生产火箭

作为向国际空间站运送补给的唯一运载工具，龙飞船已经是美国太空计划中重要的组成部分NASA需要更多的龙飞船来保障空间站的吃喝拉撒得益于配件通用性和低廉的成本，没有其他美国公司以同样的速度大规模批量生产航天器。

SpaceX的生产速度与其计划保持一致并且有一个非常完整的清单，因此要同时保障不少于六个龙飞船的生产

“猎鹰 9”有着天然的制造简易性 无论其飞行任务类型如何，从低地球轨道到地球同步转移轨道再到国际空间站再补给，用来执行发射任务的每个猎鹰9都是相同的 火箭零部件中的共同点也有助于快速生产 例如，猎鹰9的二级是一级的缩短版，它们大部分。

使用相同的材料、零部件和制造技术。 二级火箭发动机是一级发动机的真空改进型。推进剂储箱采用通用舱壁设计，推进剂罐壁和穹顶均由铝锂合金制成。

随着产品数量的提高，生产规模也进一步扩大。车间面积翻了一倍，达到一百万平方英尺。图为位于加利福尼亚的工厂，规模达到可以容纳首尾相接的两枚运载火箭同时加工生产

试验蚱蜢火箭的同时，SpaceX用“猎鹰 9V1.0”按部就班地发射龙飞船和卫星纵然不时会遇到些小问题，在经验老道的NASA前职员面前都迎刃而解图为2013年3月1日SpaceX发射猎鹰火箭发射9分钟后。

龙飞船氧化剂储箱压力过低，工程师随即进行了在轨维修。龙飞船顺利向空间站运送补给。

 “猎鹰 9 v1.1” 集成了长期以来“ 猎鹰 9 Block2 ”的改进成果，外观上更加细长，后期版本的“猎鹰9 V1.1”一级尾部装备着陆腿，发动机布局也由方形 “井字” 型改造为圆形“Octaweb”型。

颜值更高荆棘满路，道阻且长

        尽管新型 “猎鹰 9 v1.1”已接过大哥 “猎鹰 9 v1.0”手中的接力棒，一次次地奔赴国际空间站和同步轨道；尽管“蚱蜢”火箭已经成功开发，但距离 “猎鹰 9 v1.1”定型、成功回收SpaceX还有很长的路要走。

下期，我们将从几次航天发射开始，详细了解现役猎鹰火箭回收背后的荆棘之路欢迎点击本公众号往期节目：《“龙”夫人的空间站之旅》《从“猎鹰5”到“猎鹰 V1.0”》《SpaceX崛起背后的NASA与ULA》《

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