獵鷹九號運載火箭

**獵鷹 9 號運載火箭**（英語：Falcon 9）是 SpaceX 設計並及製造的中型二級入軌運載火箭系列，以星際大戰系列中的「千年鷹（Millennium Falcon）」和第一節擁有的 9 個引擎而得名。獵鷹 9 號已發展出 5 個版本：獵鷹 9 號 1.0 版（已退役）、獵鷹 9 號 1.1 版（已退役）、獵鷹 9 號全推力版（Block 3）（已退役）、獵鷹 9 號 Block 4（已退役）獵鷹 9 號 Block 5（現役）。現役的獵鷹 9 號 Block 5 型能夠在不回收第一節推進器的同時，向低地球軌道發射重達 22,800 公斤（50,300 英磅）的酬載，向地球同步轉移軌道發射 8,300 公斤（18,300 英磅）的酬載。

獵鷹 9 號運載火箭在人類航太史上有著極為重要的歷史地位：它是歷史上第一枚可多次重複使用一級推進器的液體燃料運載火箭，推翻了運載火箭只能一次性使用的思維定勢。它也是第一枚完全於 21 世紀開發和設計的火箭，此外也是美國首度由私人企業承包國家探索太空和載人太空飛行的發射工作，開啟商業航太時代。其低成本、多發並聯、垂直回收、多次使用、快速迭代的設計思路徹底顛覆了傳統的航太思維，影響了商業航太時代火箭的設計，其極為低廉的發射價格也徹底改變了國際商業航太的市場格局。

獵鷹 9 號運載火箭和天龍號太空船的組合於 2008 年贏得了 NASA 商業補給服務（CRS）的合約，在商業軌道運輸服務（COTS）下向國際太空站（ISS）運送貨物。做為商業乘員運輸能力（CCtCap）合約的一部分，SpaceX 已經獲得獵鷹 9 號運載火箭的載人認證，使該款火箭能向國際太空站運送太空人，如此便達成太空載具可完全多次利用、且載人進入地球軌道的最終目標，SpaceX 估算屆時發射成本多數為民間可負擔的燃料費，使普通企業也能開展太空飛行的業務。

SpaceX 的獵鷹重型運載火箭基於獵鷹 9 號設計，採用三個並聯的獵鷹 9 號的第一節推進器。

## 開發與生產

### 投資

最早於 2005 年 10 月，SpaceX 宣布了 2007 年上半年發射獵鷹 9 號的計劃。最終，首次發射將在 2010 年進行。

儘管 SpaceX 自己花錢研發了先前的獵鷹 1 號火箭，但 NASA 提供的一些開發資金和購買的幾次演示飛行使獵鷹 9 號的開發大大加快。最初，2006 年的 COTS 計畫為獵鷹 9 號提供了啟動資金。該合約以 Space Act Agreement (SAA) 的形式授予，以「開發和展示一個商業軌道運輸服務」為目的。合約中 NASA 向 SpaceX 訂購了 3 次展示飛行。合約總額為 2.78 億美元，為龍飛船、獵鷹 9 號運載火箭和幾次載有龍飛船的獵鷹 9 號的演示飛行提供了開發資金。 2011 年，合約中增添了更多的里程碑，使合約總額增加到了 3.96 億美元美元。

2008 年 NASA 簽訂合約，購買了 12 次 CRS 任務，成為了獵鷹 9 號的關鍵客戶，而這 12 次任務只有在最初的幾次國際空間站 COTS 演示任務完成並被 NASA 認定為成功後才能正式進行。這個太空運輸合約總價值 16 億美元，要求最低以 12 次任務將補給運至 ISS，並從 ISS 將科研貨物帶回地球。

馬斯克曾多次提到，如果沒有了 NASA 的資金，開發獵鷹 9 號會耗時更長。SpaceX 關於 NASA 合約的官方聲明稱：

> SpaceX 是在 NASA 取得令人難以置信的成就的基礎上實現這一目標，將 NASA 作為主力客戶進行開發，並在整個開發過程中獲得專家建議和指導。 SpaceX 特別感謝 NASA COTS 辦公室在整個過程中給予的持續支持和指導。 COTS 計劃展示了真正的私人 / 公共合作夥伴關係的力量，我們期待著我們的團隊將來所做的令人興奮的努力。
> 
> 

2011 年，SpaceX 估計獵鷹 9 號 1.0 版的研發花費約為 3 億美元。NASA 評估得出的結論是，如果採用了傳統的成本保利合約方式，總花費將為 36 億美元。

2014 年，SpaceX 公布了獵鷹 9 號及天龍號太空船總共的研發成本。NASA 提供了 3.96 億美元，而 SpaceX 提供了多於 4.50 億美元用於火箭和飛船的開發。

### 開發

SpaceX 原先計劃用中等運力的獵鷹 5 號運載火箭來作為輕型的獵鷹 1 號運載火箭的補充。2005 年，SpaceX 宣布他們已經轉向獵鷹 9 號火箭的研發。獵鷹 9 號火箭是一種「完全可重複使用的重型運載火箭」，並已經獲得了一份政府客戶訂單。根據描述，它能將約 9,500 公斤（21,000 磅）送入低地球軌道，預計每次發射，整流罩長度 3.7 公尺（12 英尺）的版本定價 2700 萬美元，整流罩長度 5.2 公尺（17 英尺）的版本定價 3500 萬美元。SpaceX 還宣布研發獵鷹 9 號運載火箭的重型版本，LEO 運力約為 25,000 公斤（55,000 磅）。獵鷹 9 號火箭將用於 LEO、GTO 以及貨運或載人 的 ISS 任務。

NASA 原先的 COTS 合約要求 2008 年 9 月進行首次展示飛行、三次展示任務在 2009 年 9 月前全部完成。2008 年 2 月，首次獵鷹 9 號 / 天龍號太空船 COTS 展示任務推遲了 6 個月，推遲到了 2009 年第一季度末。伊隆・馬斯克表示，開發工作的複雜性以及從卡納維拉爾角發射要滿足的規章要求共同造成了這次推遲。

### 測試

首次多引擎測試（2 台引擎連接到第一節並同時點火）在 2008 年 1 月首次成功完成。經過多次成功測試，2008 年 11 月，完整的獵鷹 9 號火箭第一節完成了全任務時長（178 秒）的測試點火。2009 年 10 月，首個用於飛行的第一節在 SpaceX 位於德克薩斯州 McGregor 的測試架上完成了全引擎測試點火。2009 年 11 月，SpaceX 進行了首次二級測試點火，點火時長 40 秒。測試成功完成，未出現終止或重新開始測試（recycle）的情況。2010 年 1 月 2 日，二級一次全時長（329 秒）入軌點火測試在 McGregor 測試場成功完成。完整的火箭在 2010 年 2 月初運抵發射場進行集成。雖然他們估計集成與測試需要花費 1 到 3 個月，SpaceX 仍然計劃於 2010 年 3 月 22 日發射。

2010 年 2 月 25 日，SpaceX 的首個飛行組合體在卡納維拉爾角 CCAFS SLC-40 起豎。3 月 9 日，SpaceX 進行了一次靜態點火測試。測試中第一節點火，但不會離地。由於設計用來將高壓氦氣從發射台泵入渦輪泵以轉動渦輪泵準備發射的系統出現故障，測試於 T-2 秒時中止。後來的調查發現故障因一個閥門沒有收到開啟指令而發生。因為問題出在發射台而非在火箭本身，又因為 McGregor 測試場閥門的布置不同，所以這個故障沒有在先前的測試中出現。中止時火箭底部出現了一些火和煙，因此有人懷疑有引擎起火。但是，火和煙是系統中液氧與煤油混合物正常燃燒的結果，火箭與發射台都未受損。在中止之前，火箭各系統都正常工作，沒有發現其他需要解決的問題。後續的測試在 3 月 13 日成功進行，第一節 9 台引擎點火了 3.5 秒。

由於空軍需要對獵鷹 9 號飛行中止系統（flight termination system，FTS）進行評估，首飛從 3 月推遲到了 6 月。首次發射嘗試發生於美國東部時間 2010 年 6 月 4 日周五下午 1:30（1730 UTC）。點火後很短時間內發射自動中止，並自動進行了中止後的程序。地面人員得以重新開始（recycle）火箭發射程序。最終在當天下午 2:45（1845 UTC），火箭成功發射。

### 生產

2010 年 12 月時，SpaceX 的生產線每 3 個月生產一枚獵鷹 9 號火箭、一艘天龍號太空船，並且有計劃使速度翻倍，達到每 6 周一枚（艘）。截至 2013 年 9 月，SpaceX 總生產空間增長到了將近 1,000,000 平方英尺（93,000 平方公尺），而且工廠已經為了達到每年 40 枚芯級的產量而進行了配置。截至 2013 年 11 月，工廠每月生產一枚獵鷹 9 號火箭。公司計劃在 2014 年中期將產量提高至每年 18 枚，在 2014 年末提高到每年 24 枚，，在 2015 年末達到每年 40 枚芯級。

到 2016 年 2 月，這些計劃仍未完成。公司表示芯級產量直到最近才提高到每年 18 枚，可以同時組裝的芯一級數量從 3 枚提升到了 6 枚。預計在 2016 年末，產量會提升至 30 枚每年。但是截至 2016 年 8 月，SpaceX 已經在向著每年生產 40 枚努力了，而 40 枚正是 SpaceX 在 2013 年配置工廠時的預計速度。

## 版本演進

獵鷹 9 號火箭共推出過五個版本：獵鷹 9 號 1.0 版，獵鷹 9 號 1.1 版，獵鷹 9 號全推力型（Block 3），獵鷹 9 號 Block 4，獵鷹 9 號 Block 5。

### 獵鷹 9 號 1.0 版

獵鷹 9 號 1.0 版為獵鷹 9 號的第一個版本，於 2010 年 6 月 4 日首次發射，火箭高度 54.9 公尺，直徑 3.66 公尺，最大重量 333.4 噸，採用兩級設計，第一節搭載 9 台 Merlin 1C 引擎，呈九宮格布局，第二節搭載 1 台 Merlin 1C 真空版引擎，兩節火箭均採用液態氧和煤油作為燃料，低地軌道運載能力為 10,450 公斤，地球同步軌道運載能力為 4,540 公斤。該版本火箭第一節不可回收。

獵鷹 9 號 1.0 版共進行 5 次發射，其中四次完全成功，一次部分成功。2013 年 3 月 1 日的 CRS-2 任務後該版火箭退役不再使用。

### 獵鷹 9 號 1.1 版

獵鷹 9 號 1.1 版為獵鷹 9 號的第二個版本，於 2013 年 9 月 29 日首次發射，火箭高度增加到 68.4 公尺，最大重量增加到 541.3 噸，低地軌道最大運載能力提高到 13,150 公斤，和 1.0 版相比，1.1 版一個重要的不同在於第一節的 9 台 Merlin 引擎改為被稱為「Octaweb」的圓形布局，引擎型號也升級為 Merlin 1D。頂部荷載可選擇長 13.1 公尺，直徑 5.2 公尺的整流罩，也可以選擇搭載天龍號貨運飛船。第一節可以視任務情況安裝返回大氣層著陸使用的柵格翼和回收降落腳架，但是該版本的所有回收實驗全部失敗。

獵鷹 9 號 1.1 版共進行了 15 次發射，最短的兩次發射間隔僅 13 天，除了 2015 年 6 月 28 日 CRS-7 任務失敗之外，其他主線任務全部成功。該版本在獵鷹 9 號第 21 次發射任務（JASON-3）後退役不再使用。

### 獵鷹 9 號全推力版（Block 3）

獵鷹 9 號全推力版是獵鷹 9 號的第三個型號。，於 2015 年 12 月 22 日首次發射執行 Orbcomm-OG2-2 任務。火箭針對 CRS-7 任務失敗中暴露出的問題進行了全面的改良，高度增加到 70 公尺，並對液氧煤油燃料進行冷凝處理以提高燃料搭載。全推力版的低地軌道運載能力提高到 22,800 公斤，地球轉移軌道的運載能力提高到 8,300 公斤，並增加了對載人天龍號太空船的適配。回收用的回收降落腳架和柵格翼成為標準配置，第一節火箭完全可回收。

獵鷹 9 號全推力版共進行了 25 次發射，除了 AMOS-6 任務在發射前意外爆炸，所有發射均獲成功，並實現了 16 次成功著陸。其中，Orbcomm-OG2-2 實現人類歷史上第一次火箭推進器陸地回收，而 CRS-8 任務實現第一次海上回收，SES-10 任務實現第一次火箭推進器重複使用。另外 BulgariaSat-1 和 Iridium NEXT 11–20 兩次任務之間發射間隔僅有 49 小時 15 分鐘，是目前為止歷史上同款火箭發射時間間隔最短的記錄。該版本在獵鷹 9 號第 49 次發射（Paz/Tintin A&B）後退役不再使用。

### 獵鷹 9 號 Block 4

獵鷹 9 號 Block 4 為獵鷹 9 號全推力版和獵鷹 9 號 Block 5 之間的過渡版本，採用了可多次使用的鈦合金的柵格舵取代了鋁合金的版本。

獵鷹 9 號 Block 4 首次發射為 2017 年 8 月 14 日的 CRS-12 任務，使用 7 枚一級推進器共進行了 12 次發射，所有發射均獲成功，6 次回收也全部成功。該版本在獵鷹 9 號第 57 次發射 CRS-15 後退役不再使用。

### 獵鷹 9 號 Block 5

獵鷹 9 號 Block 5 為獵鷹 9 號的最新型號，具有多次重複使用能力，在不檢修翻新的情況下能夠執行 10 次任務，而翻修後更能執行達百次的任務。Block 5 也採用了全新設計的上層級，取代了之前造成 CRS-7 事故和 AMOS-6 事故的上層級，提高了整體的安全性能。獵鷹 9 號 Block 5 也是載人天龍號太空船所使用的運載火箭。

獵鷹 9 號 Block 5 首次發射為 2018 年 5 月 11 日的 Bangabandhu-1 任務。截止 2023 月 5 月 1 日，使用 23 枚一級推進器共進行了 164 次發射，所有發射均獲成功，165 次回收 160 次成功。

## 火箭特性

獵鷹 9 號是現役所有運載火箭中設計非常獨特的一款，其主要特點為：發射前多次靜態點火，第一節垂直回收（VTVL），多個部件多次重複使用。

### 推進器靜態點火

所有在洛杉磯霍索恩 Space X 總部生產完畢的第一節推進器並不會直接運送到發射場，而是送到位於德克薩斯州 McGregor 的 SpaceX 引擎測試場進行靜態全工作時長的引擎測試，確認所有引擎均可以正常工作後，再通過陸運送到發射場，運送到發射場後，獵鷹 9 號會在不搭載酬載的情況下運送到發射台上進行第二次靜態點火，一般點火時間不會超過 10 秒，以確認所有系統可以正常工作。在兩次靜態點火完成並確認無誤後，獵鷹 9 號才會安裝酬載進行正式發射。

### 推進器回收

獵鷹 9 號在執行陸地著陸程序時，第一節火箭在和第二節火箭分離後會利用噴氣調整系統調整姿態向後翻轉，點燃九台引擎中的一台進行「回推推進（Boostback Burn）」，第一節頂部的四個柵格翼會展開調整姿態。進入大氣層時會第二次點燃三台引擎進行「再入推進（Entry Burn）」，輔以高超音速滑翔減速。接近地面約 7km 時，速度減低至次音速，然後第三次點燃一台引擎進行「著陸推進（Landing Burn）」，打開回收降落腳架，利用略低於火箭重量的推力反向噴射軟著陸。

而執行海上回收程序時，第一節火箭不會執行回推推進（Boostback Burn）」而是直接進行再入推進。

獵鷹 9 號 1.1 版曾在四次發射後進行海上返回實驗，前兩次因火箭降落速度過快或姿態控制不當導致回收失敗並墜毀，第三次回收則因 CRS-7 任務火箭第一節爆炸而沒有實施。其後 SpaceX 獲得美國聯邦航空局批准選擇改為在卡納維爾角空軍基地新建的「第一著陸場（Landing Zone 1）」（原 13 號發射複合體）進行陸地回收測試。2015 年 12 月 21 日，獵鷹 9 號火箭進行第 20 次發射，在為 Orbcomm 發送 11 顆衛星後，第一節火箭在卡納維拉爾角空軍基地第一著陸場成功著陸。2016 年 4 月 8 日，獵鷹 9 號火箭進行第 22 次發射，在為國際太空站進行充氣式太空艙試驗及貨物運輸補給的任務後，第一節火箭（編號 B1021.1）進行第五次海上著陸嘗試，第一節火箭在大西洋上的駁船上成功降落。

#### 推論誤會

美國天文學家比爾・格雷（Bill Gray）於 2022 年 1 月表示，遺留的推進器會於 2022 年 3 月初撞擊月球背面的赤道附近。但有關遺留的推進器的聲明後來被證實是誤會。比爾・格雷於 2 月 12 日發布更正聲明，表示有證據證明殘骸是名為「2014-065B」的廢棄箭體，也就是 2014 年 10 月中國執行嫦娥 5-T1 登月任務時發射的長征三號丙運載火箭推進器。

### 整流罩回收

2019 年 8 月 6 日，在 AMOS-17 任務中，整流罩回收船「Ms. Tree」成功接到了獵鷹 9 號的整流罩。此前該船已經成功接收到獵鷹重型火箭在 STP-2 任務中所使用的整流罩。

在 2019 年 11 月 11 日的 Starlink-2 任務中，獵鷹 9 號首次使用了回收的整流罩。

### 重複使用

獵鷹 9 號的推進器在陸地著陸場或者海上著陸駁船上著陸後，會被運回霍索恩的火箭製造工廠進行全面的檢查，如果確認沒有問題，會將其運送到德克薩斯州 McGregor，重複靜態點火 —— 發射回收的整個流程。

2017 年 3 月 30 日，執行 CRS-8 任務的獵鷹 9 號火箭第一節推進器（編號 B1021.2）再次發射，實現一節火箭的重複利用，並又一次成功回收。

2018 年 12 月 3 日，編號為 B1046.3 的獵鷹 9 號推進器執行 SSO-A 任務，這是第一枚進行第三次使用的火箭推進器，標誌著獵鷹 9 號重複使用技術的又一個里程碑。

在 2019 年 11 月 11 日的 Starlink-2 任務中，獵鷹 9 號首次使用了回收的整流罩，同時該任務中使用的 B1048 號推進器也是第一枚進行第四次發射和回收的火箭推進器，整枚火箭除了第二節為新造之外全部為復用。

## 發射場，測試場與著陸設施

獵鷹 9 號目前使用或計劃使用以下幾個發射場：

* 卡納維爾角空軍基地 40 號航太發射複合體（CCAFS LC-40）
* 范登堡空軍基地 4 號發射複合體 E （VAFB SLC-4E）
* 甘迺迪太空中心 39 號發射複合體 A（KSC LC-39A）
* 德克薩斯州博卡奇卡發射場

獵鷹 9 號目前以下的著陸和回收設施：

* 卡納維爾角空軍基地 1 號，2 號著陸場（CCAFS LZ-1 and LZ-2）（前卡納維爾角空軍基地 13 號發射複合體）
* 無人航太著陸船（Autonomous spaceport drone ship）：

**正在使用中：**

  * 「Of Course I Still Love You」（當然我還愛你）（Marmac 304）
  * 「Just Read the Instructions」（請閱讀說明書）（Marmac 303）
  * 「A Shortfall of Gravitas」（重力不足）（Marmac 302）**在建中：**
**已退役：**

  * 「Just Read the Instructions」（請閱讀說明書）（Marmac 300）
* 范登堡空軍基地 4 號著陸場 （VAFB LZ-4）（前范登堡空軍基地 4 號發射複合體 W（VAFB SLC-4W））
* 整流罩回收船：「Ms. Tree」（原名「Mr. Stevens」）和「Ms. Chief」

## 發射任務

自 2010 年 6 月以來，獵鷹 9 號運載火箭一共發射了 226 次，其中 224 次成功，一次部分失敗以及一次太空載具損毀（截止 2023 月 5 月 1 日的數據）。此外，一枚火箭及其太空載具在飛行前的靜態點火測試中損毀在發射台上。

火箭第一版獵鷹 9 號 1.0 版在 2010 年 6 月到 2013 年 3 月間發射了 5 次。它的後繼者獵鷹 9 號 1.1 版在 2013 年 9 月到 2016 年 1 月間發射了 15 次，獵鷹 9 號全推力版（包含 FT，Block 4 和 Block 5）從 2015 年 12 月至今共發射 200 次。

### 標誌性的發射

* 第 1 次，天龍號太空船認證單元，首飛成功。
* 第 2 次，COTS 展示飛行 1，天龍號太空船首次功能性測試。
* 第 3 次，Dragon C2+, 首次將貨物運送至國際太空站。
* 第 6 次，CASSIOPE, 獵鷹 9 號 1.1 版首次發射。自范登堡空軍基地的首次發射。首個極軌道發射。首個科學酬載。首次第一節回收嘗試。
* 第 7 次，SES-8, 首次 GTO 發射，首個商業酬載。(通訊衛星)
* 第 9 次，CRS-3，加入回收降落腳架，首次海面軟著陸嘗試 (零高度，零速度)。
* 第 14 次，CRS-5, 加入格柵翼，首次 ASDS 著陸嘗試，硬著陸（RUD）。
* 第 15 次，DSCOVR, 首次超過逃逸速度的發射。以地日 L1 點為目標。
* 第 16 次，ABS-3A 和 Eutelsat 115 West B，首次一箭雙星發射，衛星為創新的波音 702SP 全電星。
* 第 19 次，CRS-7, 因二級結構失效、COPV 損壞，氦氣大量泄漏導致二級氧箱超壓爆炸，任務全部失敗。
* 第 20 次，Orbcomm OG-2，事故調查、問題改正後首次飛行。獵鷹 9 號全推力版首飛。一箭 11 星，使用特製適配器，星座組網星。首次成功著陸回收。
* 第 23 次，CRS-8, 首次成功著船回收。
* Amos-6，靜態點火測試前準備時發生爆炸，星箭俱毀。(本應為第 29 次)
* 第 30 次，CRS-10, 改造後的 KSC LC-39A 的首次發射。
* 第 32 次，SES-10, 成功回收的軌道節火箭（CRS-8 任務）的首次重複發射、再次著陸。
* 第 33 次，NROL-76, 首個機密酬載。
* 第 54 次，Bangabandhu-1，Block 5 型火箭首次發射。
* 第 64 次，SSO-A，第一次三手火箭復用發射。
* 第 69 次，SpX-DM1，載人天龍號太空船首次無人試飛。
* 第 71 次，Starlink v0.9，60 顆星鏈計劃 0.9 版本試驗衛星首次發射。
* 第 85 次，SpX-DM2，第一次載人飛行。

## 參數

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## 備註

## 參考文獻

## 參閲

* 獵鷹 1 號運載火箭
* 范登堡宇航發射場 3

## 外部連結

* 獵鷹 9 號運載火箭 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 獵鷹重型運載火箭
* 設計公佈 (SpaceX 新聞稿)
* 回收系統測試 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）