SpaceX一箭十星发射新一代铱星,完成火箭一级海上回收
SpaceX一箭十星发射新一代铱星,完成火箭一级海上回收



美国当地时间2017年1月13日9点54分,美国SpaceX公司从加利福尼亚州范登堡空军基地的SLC-4E号工位用一枚猎鹰9FT(全推力型运载火箭)将美国铱星通信股份有限公司(Iridium Communications Inc)的10颗新一代铱星通信卫星送入了预定轨道,并成功完成了火箭一级海上回收任务。
本次发射是SpaceX公司去年9月1日在AMOS-6卫星发射台静态测试发生爆炸事故后的第一次发射。后来查明事故原因是火箭二级液氧贮箱内的一个复合材料压力容器(COPV)结构失效所致。COPV用于贮存加压用的氦气,由于在碳纤维包装层和铝内衬层间空隙累积的氧气因极低的温度发生固化,导致COPV受到挤压并破裂。
尽管并不是在发射时失败,但这次事故是继2015年6月CRS-7龙飞船任务失败后SpaceX公司的猎鹰9火箭第二次损失主载荷。2015年的失败也是因为第二级的COPV问题,但问题的原因和本次不同,当时是因为COPV容器的安装位置发生移动,导致氧化剂贮箱超压。
除了CRS-7外,在CRS-1龙飞船任务中一颗作为次级载荷的Orbcomm公司的通信卫星因猎鹰9火箭一级9部发动机中的一部出现故障而未能进入轨道(但是主载荷龙飞船成功入轨),第二级不得不耗费更多的推进剂来确保主载荷的成功。
在推出猎鹰9火箭之前,SpaceX公司通过研发一种小型的猎鹰1型火箭获得了经验。猎鹰1型火箭一级采用一台默林(灰背隼)发动机,上面级采用一台凯斯崔(红隼)发动机,从2006年到2009年间有5枚猎鹰1火箭发射升空,在经历了头4次发射的失败后,2009年7月猎鹰1火箭终于获得了首次任务成功,将马来西亚的RazakSat卫星送入预定轨道。本来SpaceX公司打算开发猎鹰1的后继型号猎鹰1E,用于小型卫星发射,但后来,公司决定将小卫星作为猎鹰9火箭的次级载荷发射。

猎鹰9是一种两级运载火箭,均采用RP-1燃料和液氧氧化剂,火箭一级装有9部默林(灰背隼)发动机,火箭二级装有一部经真空优化的默林(灰背隼)发动机。目前猎鹰9型火箭已发展了三代产品,每一代的设计都有改进。最早的猎鹰9型号名为猎鹰9 v1.0(版本1.0)型运载火箭,共发射过5次,其一级9部默林(灰背隼)1C发动机按“井”字形排列。第二个猎鹰9型号名为猎鹰9 v1.1(版本1.1)型运载火箭,它有着加长的两级,更强大的默林(灰背隼)1D发动机,同时一级9台发动机的布局改成了八角形,总共有15枚猎鹰9 v1.1发射升空,它也是第一种进行一级海上平台回收测试的猎鹰9火箭,但三次测试都以失败收场。2015年12月,SpaceX公司开始发射最新的猎鹰9FT(全推力型运载火箭,也被非正式的称为猎鹰9 v1.2),它的第二级进一步加长,采用升级型发动机以及密度更高的超冷液氧氧化剂,这些改进使得其运载能力更加强大,任务范围更广,包括在第一级着陆的情况下进行地球同步转移轨道发射任务。在2015年12月进行的猎鹰9FT首次飞行中,它成功部署了轨道通信(Orbcomm)公司的11颗OG2通信卫星,并且一级着陆在了1号着陆区设施(LZ-1),完成了回收任务。
本次任务是计划中SpaceX为铱星通信股份有限公司进行八次发射的第一次,新一代铱星将全面替换已服役近二十年的老一代铱星星座。这些陈旧的铱星大多是于1997年至1999年间发射升空的,此外,在2000年与2002年还进行过一些补充发射。
最初的铱星是由国际上的多种火箭协作发射的,其中60颗卫星由5颗一组由波音公司的德尔它II(采用7920-10C重型配置)火箭从范登堡空军基地发射升空,其中前11次发射是初始星座部署,第12次发射是2002年进行的补充发射。
另有21颗铱星由加Blok DM2上面级(Blok DM-5的商业型号)的俄罗斯质子-K型火箭以七颗一组方式从拜科努尔航天发射场发射。
剩下的老一代铱星都以成对方式发射,其中有6对由中国长征2C/SD火箭从太原卫星发射中心发射。长征2C/SD是长征2C的一个三级型号,专门用来执行铱星发射任务。最后两对老一代铱星由俄罗斯的罗克特/和风-KM上面级于2000年和2002年发射。
在铱星通信股份有限公司与SpaceX公司签定的8次发射合同中,有6次是每次发射10颗卫星,另2次是每次发射5颗卫星。其第一次5星模式的铱星发射目前计划于2018年初进行,它也携带有2颗美国国家航空航天局(NASA)领导的国际团队研制的GRACE-FO重力研究卫星。
铱星通信股份有限公司本也与科斯摩特拉斯(ISC Kosmotras)国际航天公司签署合同用第聂伯火箭进行新一代铱星的发射,但由于俄罗斯和乌克兰间的政治问题,使得第聂伯火箭的未来充满不确定性,所以该合同似乎已被取消。
铱星星座包括部署在低地球轨道上的66颗卫星,它们以11颗为一个平面,运行于6个平面上,为全球提供移动通信。之所以被命名为铱星是因为原计划整个星座包括77颗卫星,而77正是金属铱的原子序数。
最初由摩托罗拉公司出资的铱星系统由于初始成本高(约50亿美元),客户增长缓慢,直到全部卫星入轨都无法提供像样的服务,这直接导致了原始运营方铱星SSC公司在1999年破产。2009年,《时代》杂志曾将之评为“十年来最大的技术失败之一”。2001年,铱星卫星有限公司(即后来的铱星通信公司)成立,买下了原公司的部分资产。

第一代铱星卫星由摩托罗拉公司总承包,基于洛克希德.马丁公司LM-700A卫星总线,每颗质量689千克,设计寿命8年,可即便该星座中最年青的卫星目前也在轨运行了14年半。
第一代铱星卫星的通信天线布置位置会使得其出现肉眼可见的闪光,这是因为太阳光经其天线反射后会在地面上易于观察,此时卫星的亮度会远超空中最亮的星星。虽然很多卫星的天线或太阳能电池板都会反射光线,但都达不到铱星卫星那样的频率。新一代的铱星估计不会像前辈们那样熠熠生辉,在它们投入运营时,老一代铱星将脱轨。2009年,铱星33号与俄罗斯宇宙2251(一颗天箭-2M通信卫星)在轨相撞,形成了大量碎片。


泰勒斯.阿莱尼亚航天公司是新一代铱星的主承包商,合同包括81颗卫星(含地面备份)。最计划要求有66颗工作卫星、6颗在轨备份星和9颗地面备份星。但随着第聂伯火箭发射任务的取消,目前计划中包括的升空卫星数是70颗。

这些新一代铱星在轨道科学ATK公司位于亚利桑那州吉尔伯特的工产内装配,项目总成本约30亿美元。它们基于ELiTeBus-1000卫星总线(延寿总线)。新一代铱星每颗质量为860千克,设计寿命10年(铱星通信股份有限公司希望能运行15年)。有趣的是,铱星公司的竞争对手全球星公司(Globalstar)也选择ELiTeBus-1000卫星总线作为其第二代卫星的平台。

每颗新一代铱星卫星都装有L波段和Ka波段转发器,L波段用于手机通信,Ka波段用于卫星间及与地面站间下行链路的交联。铱星卫星的交联能力允许同一平面中前后卫星及相邻平面中的对应卫星来中继通信。此外,作为有效载荷搭载联盟(Hosted Payload Alliance,通过将部分军事有效载荷安置在商业卫星上,降低太空和其他项目的国防开支的一个商业同盟)的成员公司之一,每颗铱星卫星搭载有高达54千克的额外有效载荷,通过卫星分配的90至200瓦公率,它们可以利铱星星座直接通信。
全部新一代铱星都装有自动依靠监测广播(ADS-B)接收机,它将建起一个全球范围的空中交通监测系统。这些载荷由Aireon有限公司运营。
有58颗新一代铱星将携带精确地球(exactEarth)有限公司的精确检视-RT载荷,包括一套自动识别系统(AIS)接收机以中继来自海上船舶的跟踪数据。ADS-B与AIS都由哈里斯公司制造。
新一代铱星上额外载荷托管空间可用于各种地球观测、科学与商业载荷。它既可以携带单个占满所有可用空间的有效载荷,也可携带更小的传感器POD舱单元。传感器POD舱被设计为用于标准的托管类有效载荷,在概念上类似于自由飞行的立方体卫星标准。
下一次猎鹰9FT火箭的发射目前暂定于本月底进行,届时将发射回声星23通信卫星(EchoStar XXIII)。




