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舊火箭發射新衛星

由美國太空探索科技公司(SpaceX)研發的獵鷹九號運載火箭,在2017年3月31日完成發射商業衛星的任務後,又再度返回地球。本文將介紹成功回收的獵鷹九號運載火箭,以及回收火箭對於未來航太產業的發展有何重大影響。
 
 

2017年3月30日,薄暮降臨,位在美國佛州的甘迺迪太空中心(Kennedy Space Center)瀰漫著一股緊張的氣氛。此時空中劃過一道亮光,照亮天際的是剛完成同步衛星發射任務的火箭—獵鷹九號(Falcon 9),它噴出熾熱的火焰並且穩穩地降落在大西洋上的離岸平台,在場眾人無不歡聲雷動。這是第一回有火箭進入地球轉移軌道並且返回後順利在海上回收,也是首度二次發射並且回收第一節推進器的火箭(第一次回收於2016年4月8號)。主持這項計畫的美國太空探索科技公司(SpaceX)首席執行長,瑪斯克(Elon Musk),計畫成功後在推特發下豪語說,未來的目標是24小時內重新起飛。

 
獵鷹九號火箭執行2017/3/30,SES-10任務的直播畫面。(圖片來源:http://www.spacex.com/webcast)
▲獵鷹九號火箭執行2017/3/30,SES-10任務的直播畫面。(圖片來源:http://www.spacex.com/webcast)

 

本次使用的火箭—獵鷹九號運載火箭全推力版(Falcon 9 Full Thrust),為獵鷹九號系列投入營運的最新型號。

 

獵鷹九號全推力版由兩節火箭推進器組成。第一節火箭配備9顆默林1D火箭發動機,提供火箭升空時的巨大推力。第二節火箭只有1顆默林1D火箭發動機,其任務在於當它與第一節分離後,可將酬載物送到理想的軌道上。默林火箭發動機(Merlin rocket engine)由SpaceX研發,採用液態燃料作為推進劑。設計上有別於一般不可回收的火箭,它考慮了獵鷹九號的海上回收和重複使用需求,不僅能達到高效率的節流目標,同時也延長了發動機壽命。火箭的內部填裝液態燃料,外殼則由輕量且高強度的鋁鋰合金製成,接上4隻折疊式降落架,使火箭能安穩地降落。  

 

回收火箭的意義非凡,以往火箭發射升空只考慮能否將酬載物送到指定位置,而忽略火箭回收的可能性。好比是我們搭飛機前往一個城市,到達目的地之後就將飛機報廢一樣,乍聽之下十分荒謬,卻是上個世紀太空任務一致的做法。以獵鷹九號為例,1次發射計畫要花費數億美金,而第一節火箭推進器主體就占了總發射成本的三分之二,相對的燃料費只占不到1%。將來技術若能推及到其他零件,不但成本大幅下降,當今衛星發射需求遠大於火箭供給效率的窘境也能紓解。

 
緩緩降落的推進器。(圖片來源:賴維駿)
▲緩緩降落的推進器。(圖片來源:賴維駿)

 
獵鷹九號火箭系列曾執行多次太空任務,內容包括發射商用通信衛星、氣象衛星,以及接受美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的委託,向國際太空站(International Space Station)運送物資。由於技術發展日益純熟,獵鷹九號明年將首次運送人員到國際太空站。這也是SpaceX和NASA合作「商業機員計畫」(Commercial Crew Program)的一部分,目標在於研發新型太空運輸工具,在美國本土航太產業的合作下,將使運送人類的太空任務能更加普及。
 

獵鷹九號火箭的回收是人類航太史的重要里程碑,它會是一個開端,未來發射衛星將更加便宜,而人類遨遊宇宙的夢想又更有機會實現了。

 

名詞解釋:

 

地球同步衛星:一種永遠固定在地球赤道上空某個位置的衛星。和地球自轉週期時間一樣,意即繞行地球靜止軌道,週期為23小時又56分4秒,高度維持在35786公里。

 
地球轉移軌道:為橢圓形軌道,近地點多在1000公里以下,遠地點則為地球靜止軌道高度35786公里。一般而言,地球同步轉移軌道的近地點並無特別限制,但通常距地球表面數百公里,以降低方向及速度改變量的需求。經加速後可達地球靜止軌道,發射同步衛星時常應用此軌道。
 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:張志立/國家太空中心、傅麗玉/國立清華大學

審校:品保組型管小組/國家太空中心

 
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