南京航空航天大学液压 法尔肯9可重复使用火箭发展综述(4)

g）第7次：2015年6月28日，法尔肯9v1.1火箭搭载龙飞船在卡纳维拉尔角空军基地发射升空，执行第7次国际空间站货运补给任务（CRS-7），并计划第7次尝试回收火箭一子级。

火箭发射升空2分19秒后，在空中发生爆炸解体。7月20日，Elon Musk给出了当前的具体调查结果。在二级火箭的液氧箱内部，因固定氦气罐的支架折断，氦气罐在巨大的浮力下脱离原位置并碰撞破损，泄露出的高压氦气进入液氧箱使其压力增大并最终导致液氧箱爆炸，进而炸毁整个火箭。从最初发现异常到所有遥测信号消失，只有0.893 s。这个钢材质的支架设计为可以承受44.5 kN的力，而此次发射中仅仅8.9 kN力就导致其断裂。

此次爆炸是法尔肯9火箭所发生的最严重的事故，给SpaceX公司带来数亿美元的损失，对后续的火箭发射计划也产生了影响。

h）第8次：2015年12月21日，SpaceX公司用法尔肯9FT火箭将Orbcomm公司的11颗卫星发射入轨，并首次尝试陆地回收火箭一子级。

法尔肯9FT火箭是法尔肯9v1.1的改进型，其总长度、起飞质量、起飞推力的增加量分别为1.6 m、 35 t、919 kN，具有更大的有效载荷能力。

此次发射活动中载荷入轨和一子级回收均取得了圆满成功，回收地点为SpaceX在卡纳维拉尔角规划的着陆一区（Landing Zone 1）。回收成功后，Elon Musk表示SpaceX公司将对回收的一子级做一次静态点火测试，以确认火箭所有系统状态是否良好，还将进行全推力的点火测试以确定它可以再次飞行，但由于其独一无二性，这枚回收的一级火箭只会用作测试，不会再次发射。

i）第9次：2016年1月17日，法尔肯9v1.1火箭在范登堡空军基地成功将Jason-3卫星发射入轨，同时尝试用海上移动回收平台回收火箭一子级。

SpaceX公司在对试验数据进行评估后得出结论：火箭一子级着陆很平缓，着陆误差为1.3 m，但着陆时三号着陆支架未能锁定，导致整个火箭倾倒在回收平台上，回收任务失败。本次发射活动是法尔肯9v1.1火箭的最后一次发射，未来将完全使用法尔肯9FT火箭。

纵观以上9次火箭一子级回收试验，SpaceX公司经历了失败、成功、再失败，作为一个以创新和高效著称的私营商业航天公司，SpaceX拥有很强的解决问题的能力，试验中暴露出来的回收段箭体滚转、着陆精度由10 km向10 m跨越、栅格翼液压机油用量估算不足、着陆稳定性不够、质量等问题都得到了有效解决，并最终在法尔肯9FT火箭的首次发射中成功实现了一子级的陆地回收，然而在2016年1月的发射活动中回收试验再次失败。由此可见，火箭子级垂直回收充满变数，探索过程会不可避免地出现反复，SpaceX公司要达到回收火箭子级重复使用以降低发射费用的目标仍任重道远。

3 法尔肯9可重复使用火箭关键技术分析

法尔肯9可重复使用火箭的关键技术包括再入大气层热防护技术、先进火箭发动机技术、垂直返回高精度GNC技术、高可靠性着陆支撑技术以及健康管理技术等。

3.1 再入大气层热防护技术

可重复使用火箭的二级在将有效载荷送入预定轨道后会再入大气层，将经历严重的气动加热，为了顺利完成火箭子级回收任务，保证箭体结构温度在允许范围内，需要采用可靠的热防护系统（TPS）[4]。

法尔肯9火箭二级头部防热系统采用龙飞船所使用的PICA-X防热罩，PICA-X是NASA专利酚醛浸渍碳烧蚀材料（PICA）的改进型[4]。火箭通过PICA-X的烧蚀作用吸收并带走大量热量，由于防热材料被消耗，所以只能一次使用，再次使用需要重新进行涂层。

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