猎鹰9火箭发射CRS-10龙飞船任务,完成一级地面回收
猎鹰9火箭发射CRS-10龙飞船任务,完成一级地面回收





美国东部时间2017年2月17日,美国SpaceX公司从佛罗里达州肯尼迪航天中心的LC-39A号工位用一枚猎鹰9FT(全推力型运载火箭),将执行美国国家航空航天局(NASA)CRS-10任务的龙飞船送入了预定轨道,同时完成了芯级地面回收任务。
本次任务是去年9月1日携带AMOS-6卫星的猎鹰9在发射前静态点火测试中发生爆炸以来,猎鹰9火箭首次在美国东海岸发射。由于卡纳维拉尔角的SLC-40号工位任在修复中,所以SpaceX决定启用为未来猎鹰9重型、载人龙飞船及其它任务准备的肯尼迪航天中心LC-39A号工位。
肯尼迪航天中心(KSC)是佛罗里达海岸两处航天发射场之一,另一处则是卡纳维拉尔角空军站,后者在前往南面。由美国国家航空航天局(NASA)运营的肯尼迪航天中心自从阿波罗计划时代起就是美国载人航天项目的大本营。SpaceX公司本次任务使用的LC-39A发射工位就位于KSC,这座发射台见证了美国航天史上的许多重要时刻,包括由土星V火箭发射阿波罗11号飞船,以及后来的航天飞机项目。CRS-10任务也是自1973年土星V火箭发射天空实验室以来LC-39A工位首次发射无人任务。
正如编号反映的,LC-39历史上包括两个发射台,即LC-39A和LC-39B,火箭则在发射台A西南5.2千米处的装配设施(VAB)中集成。一直以来,完成装配后,火箭由阿波罗时代开发的移动平台(MLP)运至发射台发射。NASA将在从LC-39B发射的空间发射系统(SLS)上继续使用这种集成方式。然而,SpaceX的猎鹰9火箭采用的是该公司一直以来的水平起竖发射方式。
LC-39始建于1963年,当时,阿波罗计划的许多细节还未最终敲定。计划中要建造三处发射台,从北至南编号分别为A、B、C,一些计划打算建造第四,甚至是第五座发射台。但最终建成的只有两处,即39B和39C,后者后来被改名为39A。
1967年11月9日,LC-39A迎来了首次发射,土星V火箭在该发射台进行了首飞。这次任务中,阿波罗4号飞船演示了土星V的发射能力,同时在地球轨道进行了阿波罗飞船高速再入大气层测试,以摸拟从月球返回的航天器。
作为土星V火箭的主发射台,LC-39A支持了13次土星V火箭发射中的12次,其中包括1968年12月的阿波罗8号飞船任务,那是第一个进入月球轨道的载人任务,以及全部6次成功的载人登月任务。唯一没有使用LC-39A发射台的是阿波罗10号飞船任务,由于周转需要,它是从LC-39B发射台升空的。

1968年7月16日,一枚从LC-39A发射的土星V火箭执行了阿波罗11号飞船任务,美国航天员尼尔.阿姆斯特朗(Neil Armstrong,指令长)、巴兹.奥尔德林(Edwin “Buzz” Aldrin,登月舱驾驶员)、迈克尔.科林斯(Michael Collins,指令舱/服务舱驾驶员)成功执行了人类历史上首次载人登月任务。在这之后,LC-39A又发射了6次载人登月任务,其中5次成功,只有阿波罗13号飞船因为氧气罐破裂,而中止任务返回地球。

阿波罗计划结束后的1973年5月,LC-39A又进行了一次土星V火箭发射,采用两级配置的土星V在太空部署了美国的首个空间站-天空实验室,这也是此种火箭的最后一次任务。
随着天空实验室的入轨,LC-39A开始改装,以支持NASA的新载人航天项目-航天飞机。发射台上建起了供航天飞机组合体、轨道器与载荷使用的固定与旋转服务设施,取代了土星V使用的移动发射器安装发射脐带塔(LUT)。没有了脐带塔的移动发射器本身被改名为移动发射器平台,留下来供航天飞机飞机使用。

1981年4月12日,是人类首位航天员尤里.加加林(Yuri Gagarin)进入太空二十周年,这一天,美国哥伦比亚航天飞机从LC-39号工位升空,开始了STS-1任务,6个月后,哥伦比亚号再度从同一位置发射,成为了人类首个二次执行轨道任务的航天器。




从1981年至1986年6月,航天飞机的头24次飞行全部是在LC-39A进行的,包括最初的四部轨道器:哥伦比亚号、挑战者号、发现号和亚特兰蒂斯号。这些航天飞机为美国航天项目多次创造了历史:在挑战者号航天飞机任务STS-7中,萨利.赖德(Sally Ride)成为了美国第一位女航天员,在挑战者号航天飞机任务STS-8中,圭恩.布鲁福德(Guion Bluford)成为了第一位非洲裔的美国航天员,在发现号航天飞机任务STS-51G中,沙特阿拉伯王子苏尔丹.本.萨尔曼.沙德(Sultan bin Salman Al Saud)成为了第一位进入太空的阿拉伯人。在挑战者号航天飞机任务STS-41B中,航天员布鲁斯.麦坎德利斯(Bruce McCandless)利用载人机动装置(MMU)首次进行了无连接太空行走,这种技术主要用于在轨维修卫星。
1986年1月28日,LC-39B迎来了首次航天飞机发射,挑战者号航天飞机从这里升空执行STS-51L任务,但升空后73秒,航天飞机发生故障解体,机上7位航天员全部丧生。事故原因是右侧固体火箭助推器的一个密封圈失效,泄露的高温高压气体影响到外部燃料箱,随着结构崩溃和气动阻力等一系列问题的出现造成了这次事故。
航天飞机的发射直到1988年9月才恢复,但是LC-39A直到1990年的哥伦比亚号航天飞机任务STS-32才再度投入发射航天飞机。在20世纪90年代航天飞机定期从LC-39A与LC-39B工位升空,进行科学研究任务。NASA的第五部轨道器奋进号于1994年4月首次从LC-39A发射入轨,进行了它的第6次飞行任务。
LC-39A发射的航天飞机任务中有7次与俄罗斯和平号空间站对接,第一次是亚特兰蒂斯号航天飞机任务STS-71,最后一次是发现号航天飞机任务STS-91。LC-39A也是航天飞机首次执行国际空间站(ISS)建设任务的发射地,1998年12月,奋进号航天飞机在STS-88任务中将团结号节点舱和头两个加压对接适配舱(PMA)送入轨道与俄罗斯之前发射的曙光号功能舱对接。
2003年1月,哥伦比亚号航天飞机在STS-107任务中进行了一次微重力研究实验,这也是航天飞机项目最后一次的在轨科学研究实验。哥伦比亚号在从肯尼迪航天中心起飞时左翼被外部燃料箱上一块脱落的绝缘泡沫击中,造成热防护系统破损,2003年2月1日,它在从太空返航时因热防护系统受损而最终导致飞行中结构崩溃失事,机上7名宇航员全部遇难。
2005年,航天飞机再度复飞后,项目重点已转向建成国际空间站,然后轨道器退役,以支持下一代航天器,包括星座项目和战神火箭。
2006年,发现号于LC-39B完成了航天飞机在该发射台的最后一次发射,该工位之后开始转为支持星座项目及2009年的战神I-X飞行测试,这使得LC-39A成为了航天飞机唯一使用的发射台。
2007年亚特兰蒂斯号任务STS-117是航天飞机复飞后首次从LC-39A升空。之后,直到2011年7月,LC-39A又发射了17次航天飞机,其中除一次外,全部用于建设国际空间站。唯一的一次例外是2009年5月的亚特兰蒂斯号任务STS-125,它是航天飞机最后一次在轨维修哈勃太空望远镜。
2011年7月8日,亚特兰蒂斯号从LC-39A升空执行了最后一次航天飞机任务STS-135,同年7月21日,它在肯尼迪航天中心着陆,结束了任务。STS-135是LC-39A的第95次发射,是LC-39发射工位(包括LC-39B)的第154次发射,是肯尼迪航天中心的第155次发射(包括一次空射飞马座火箭发射)。
LC-39A共支持了12次土星V火箭发射和82次航天飞机任务,包括:哥伦比亚号的15次发射,挑战者号的9次发射,发现号的22次发射,亚特兰蒂斯号的20次发射,奋进号的16次发射。
2014年,NASA与SpaceX公司签署了一份协议,后者将租赁LC-39A二十年,之后三年里,工位上部分支持航天飞机任务的结构设施被拆除,并建造了新的设施(包括发射坡道底部一座大型仓库)以支持猎鹰9与重型猎鹰火箭的发射。在仓库内完成火箭的水平集成后,将通过一套支撑装置架在发射台上,这些工作中并不需要LC-39A在航天飞机时代所用的火箭装配大楼,移动发射平台及履带式运输车。
猎鹰9火箭于2010年6月首飞,本次任务是其第30次发射,在前29次发射中,猎鹰9成功27次,部分失败一次,完全失败一次。部分失败发生在猎鹰9的第4次发射中,其第一级的一台发动机发生故障,虽然出现这种问题,但猎鹰9火箭仍然将主载荷CRS-1任务的龙飞船送入了预定轨道,可是作为次级载荷搭载的轨道通信(Orbcomm)公司一颗OG2卫星却未能进入正确轨道,它在发射几天后再入了大气层。猎鹰9火箭至今为止唯一一次发射失败出现在2015年6月,当时执行CRS-7龙飞船任务的一枚猎鹰9火箭复合材料压力容器(COPV)安装位置发生移动,导致氧化剂贮箱超压,引起第二级结构故障,导致了发射失败。除此以外,猎鹰9还发生过一次发射台爆炸事故,那是在2016年9月1日,一枚准备发射AMOS-6通信卫星的猎鹰9在静态点火测试时,因火箭二级液氧贮箱内的一个COPV结构失效导致爆炸损毁。
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。这种火箭采用部分可重复使用设计,SpaceX公司回收第一级以备使用。猎鹰9包括三个型号,前五次发射使用的为猎鹰9 v1.0型,其一级9部默林(灰背隼)1C发动机按“井”字形排列。从第6次发射开始,开始使用猎鹰9 v1.1型,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,目前,这个回收后的第一级被置于加利福尼亚州霍桑的SpaceX公司总部外展示。本次任务前,SpaceX公司至今已成功回收了7部火箭一级,包括5次海面回收与2次陆地回收。
CRS-10任务的主载荷是龙货运飞船,它原是为NASA商业轨道运输服务项目(COTS)开发的,根据合同,它与轨道科学ATK公司的天鹅座飞船一同为ISS提供商业补给服务(CRS)。自航天飞机项目结束后,龙飞船是唯一一种能将大量国际空间站货物运回地球的航天器。俄罗斯的联盟飞船主要用于乘员运输,剩下的空间只能携带不多的货物,而天鹅座、日本的HTV、欧洲的ATV及俄罗斯的进步货运飞船在设计上都没有再入大气层的能力。龙飞船包括加压模块和非加压模块两个部分,后者可以为ISS运送外部货物。而在从ISS分离后,龙飞船的非加压部分将在再入大气层时烧毁,而加压舱部分则会溅落于海面后被回收。
本次任务是龙飞船的第12次发射,也是这种飞船第11次前往国际空间站(包括发射失败的CRS-7任务)。此次任务中龙飞船携带有2.49吨货物,其中有1.53吨加压货物,和960千克的非加压货物。加压货物中有732千克的科学仪器与实验材料,296千克的航天员物品,382千克的美国舱段硬件,22千克的俄罗斯舱段硬件,11千克的计算机设备与10千克的太空行走用硬件。
CRS-10携带的实验包括一个研究人类单克隆体的空间生长,科学家们希望该研究可有助于对抗疾病,特别是癌症与免疫系统病症。另一个实验则将观察微重力环境中干细胞的生长与发育。


本次运输的非加压货物包括NASA的平流层气溶胶与气体实验III-ISS(SAGE III-ISS),该实验将通过观察太阳光与月光在地球大气中的折射来监测平流层中的臭氧、气溶胶与痕量气体的水平。此仪器将通过快速后勤舱(ELC)安装在ISS外部,它依靠小型惯性测量单元和六足指向系统监测空间站运动中的波动,以校正传感器指向,保持稳定观测。这也是SAGE项目的第四次发射:1979年,首部SAGE搭载在探索者60卫星上发射升空;1984年10月,SAGE II在挑战者号航天飞机任务STS-41G中作为NASA地球辐射监测卫星(ERBS)上的仪器部署入轨。2001年12月,SAGE III仪器搭载在俄罗斯流星-3M No.101气象卫星上发射入轨。目前还有一套SAGE III仪器处于存储状态。
此次龙飞船携带的另一件非加压货物是闪电图像传感器(LIS/STP-H5),它也将安装在空间站外部,用于记录和研究ISS上可见地球表面部分的闪电活动。
下一次猎鹰9FT火箭的发射目前暂定于本月中旬进行,届时将发射回声星23通信卫星(EchoStar XXIII)。


