GOES-U氣象衛星發射任務

北京時間2024年6月26日05:26（美國東部夏令時25日17:26），在佛羅裏達州肯尼迪航天中心LC-39A工位，太空探索技術公司使用“重型獵鷹”運載火箭將GOES-U氣象衛星發射升空，點火發射4.5小時後，芯二級經過3次點火將衛星送入地球同步轉移軌道。

GOES-U爲美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）地球靜止軌道運行環境衛星（Geostationary Operational Environmental Satellite，GOES) R系列氣象衛星（GOES-R）的第4顆也是最後1顆，由洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）研制，主體尺寸相當于一輛小型校車。

GOES-U 氣象衛星

GOES-U基于GOES-R系列前3顆衛星改進提升而來，有效載荷包括洛馬公司研制的太陽紫外線成像儀（Solar Ultraviolet Imager，SUVI）、科羅拉多大學博爾德分校大氣和空間物理實驗室（University of Colorado, Boulder, Laboratory for Atmospheric and Space Physics）研制的極紫外和X射線輻照度傳感器（Extreme Ultraviolet and X-ray Irradiance Sensors，EXIS）、L3哈裏斯技術公司（L3Harris Technologies）研制的先進基線成像儀（Advanced Baseline Imager，ABI）、地球靜止軌道閃電測繪儀（Geostationary Lighting Mappers，GLM）和磁力計（magnetometers）、Assurance Technology Corp.公司研制的太空環境原位探測組件（Space Environment In-Situ Suite，SEISS）以及美國海軍研究實驗室（Naval Research Laboratory）研制的小型日冕儀（Compact Coronagraph，CCOR）。

GOES-U氣象衛星發射任務

小型日冕儀（CCOR）是新搭載設備，它將用于探測太陽外層日冕上層的白光，並在30分鍾內將圖像傳回地球，以供太空氣象預報中心（Space Weather Prediction Center）使用。除了對地觀測，GOES-U所載對日觀測有效載荷將用于觀測並感知太陽風、太陽耀斑和日冕物質抛射，這些太陽活動將以每小時數百萬英裏的速度將大量高磁化物質帶到地球，引起地磁效應，從而對電網造成廣泛破壞，並影響衛星通信和導航系統。

GOES-16氣象衛星示意圖

進入地球同步轉移軌道（GTO）後，GOES-U衛星將自行爬升至地球靜止軌道（GEO），隨即將更名爲GOES-19（GOES-East）。完成在軌檢查後，GOES-19將定點于西經75度赤道上空，用于取代GOES-16。如果一切順利，地面將在2025年春季之前獲得GOES-19的圖像和數據。

“重型獵鷹”爲大型（或重型）低溫液體運載火箭，是在“獵鷹九號”基礎上並排捆綁兩枚芯一級模塊助推器而來，采用兩級半構型，由2枚助推器、芯一級、芯二級構成，主動力全部采用液氧煤油發動機。該箭長70米，芯級及芯級助推器直徑均爲3.66米，整流罩直徑5.2米，起飛質量約1421噸，最大起飛推力約2328噸，其標准近地軌道（LEO）運力達到63.8噸，標准地球同步轉移軌道（GTO）運力爲26.7噸。該箭爲部分可重複使用運載火箭，助推器和芯一級可回收複用。

GOES-U氣象衛星發射任務

本發“重型獵鷹”爲全新火箭，芯一級爲B1087.1，不做回收，兩枚助推器分別爲B1072.1和B1086.1，采用返場回收（RTLS）。完成飛行後，兩枚助推器分別返回著陸在卡納維拉爾角太空軍基地LZ-1和LZ-2著陸區。

GOES-U氣象衛星發射任務

本次發射是美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）首次用太空探索技術公司（SpaceX）的火箭發射GOES-R系列氣象衛星。此前，三顆GOES-R系列衛星都是由聯合發射聯盟公司（ULA）的“阿特拉斯5”（Atlas 5）火箭發射的，在美國國家航空航天局（NASA）GOES-U發射任務的招標中，由于沒有剩余的“阿特拉斯5”火箭，聯合發射聯盟撤回了投標。最終，美國航天局將價值1.525億美元的發射合同授予太空探索技術公司，最早計劃在2021年9月實施。

GOES-U氣象衛星發射任務

由于“重型獵鷹”火箭運力遠遠強于“阿特拉斯5”，在2枚助推器進行返場回收、芯一級不回收時其運力仍有較大余量，發射任務中將衛星GOES-U送入了擡高近地點的地球同步轉移軌道。按照任務規劃，衛星自行爬升入軌的速度增量（ΔV）不高于987米/秒，而重型獵鷹”將GOES-U送入轉移軌道後，僅需衛星自行提供566米/秒的速度增量，爲衛星節省了寶貴的推進劑。GOES-U的設計壽命爲15年，通過“獵鷹重型”提供的額外速度增量，衛星使用壽命提升至超過20年。

自世界時2018年2月6日成功首飛以來，“重型獵鷹”火箭已經執行了10次發射，取得10次連續成功。“重型獵鷹”主要用于地球高軌及深空發射任務，執行過“衛訊3號”美洲星、“靈神星”探測器、X-37B空天飛機等重要發射任務，展現出了較高的穩定性和可靠性。

GOES-U氣象衛星發射任務

在世界商業航天發射服務市場，“重型獵鷹”的主要競爭對手是聯合發射聯盟的“火神”和“阿特拉斯5”。由于“阿特拉斯5”剩余火箭已經被全部訂購，其實際競爭對手僅有“火神”火箭，又由于“火神”2024年初才完成首飛，不具備批量發射能力，在當前階段“重型獵鷹”事實上處于一家獨大的狀態，其2023年的表現足以說明很多問題。

GOES-U氣象衛星發射任務

2023年，“重型獵鷹”實施了多達5次發射任務，超過此前5年之和（4次）。相較于競爭對手，“重型獵鷹”除了性能優勢，還有價格優勢。到2022年末，“重型獵鷹”助推器與芯級全回收狀態報價爲9700萬美元，對應的地球同步轉移軌道（GTO）運力爲8噸。其相較于采用昂貴“半人馬座”上面級的“火神”火箭具備明顯成本優勢，後者在年發射次數達到10至20次後，單發價格才能降至1.1億美元，其地球同步轉移軌道（GTO）運力爲3.5～15.3噸。

GOES-U氣象衛星發射任務

GOES-U任務是繼“靈神星”（Psyche）小行星任務之後，美國航天局授予太空探索公司的第2次發射。第3次發射將于今年10月進行，將使用“獵鷹重型”發射“歐羅巴快船”（Europa Clipper）深空探測器。今年11月，“重型獵鷹”還將執行“格裏芬任務1號”（Griffin Mission 1 ）發射任務，這將是其首次奔月軌道發射任務。

此次發射是2024年“重型獵鷹”火箭第1次發射、肯尼迪航天中心第13次發射、美國第76次發射和世界第121次發射。

作者：木蘭星舟