GOES-U气象卫星发射任务

北京时间2024年6月26日05:26（美国东部夏令时25日17:26），在佛罗里达州肯尼迪航天中心LC-39A工位，太空探索技术公司使用“重型猎鹰”运载火箭将GOES-U气象卫星发射升空，点火发射4.5小时后，芯二级经过3次点火将卫星送入地球同步转移轨道。

GOES-U为美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）地球静止轨道运行环境卫星（Geostationary Operational Environmental Satellite，GOES) R系列气象卫星（GOES-R）的第4颗也是最后1颗，由洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）研制，主体尺寸相当于一辆小型校车。

GOES-U 气象卫星

GOES-U基于GOES-R系列前3颗卫星改进提升而来，有效载荷包括洛马公司研制的太阳紫外线成像仪（Solar Ultraviolet Imager，SUVI）、科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室（University of Colorado, Boulder, Laboratory for Atmospheric and Space Physics）研制的极紫外和X射线辐照度传感器（Extreme Ultraviolet and X-ray Irradiance Sensors，EXIS）、L3哈里斯技术公司（L3Harris Technologies）研制的先进基线成像仪（Advanced Baseline Imager，ABI）、地球静止轨道闪电测绘仪（Geostationary Lighting Mappers，GLM）和磁力计（magnetometers）、Assurance Technology Corp.公司研制的太空环境原位探测组件（Space Environment In-Situ Suite，SEISS）以及美国海军研究实验室（Naval Research Laboratory）研制的小型日冕仪（Compact Coronagraph，CCOR）。

GOES-U气象卫星发射任务

小型日冕仪（CCOR）是新搭载设备，它将用于探测太阳外层日冕上层的白光，并在30分钟内将图像传回地球，以供太空气象预报中心（Space Weather Prediction Center）使用。除了对地观测，GOES-U所载对日观测有效载荷将用于观测并感知太阳风、太阳耀斑和日冕物质抛射，这些太阳活动将以每小时数百万英里的速度将大量高磁化物质带到地球，引起地磁效应，从而对电网造成广泛破坏，并影响卫星通信和导航系统。

GOES-16气象卫星示意图

进入地球同步转移轨道（GTO）后，GOES-U卫星将自行爬升至地球静止轨道（GEO），随即将更名为GOES-19（GOES-East）。完成在轨检查后，GOES-19将定点于西经75度赤道上空，用于取代GOES-16。如果一切顺利，地面将在2025年春季之前获得GOES-19的图像和数据。

“重型猎鹰”为大型（或重型）低温液体运载火箭，是在“猎鹰九号”基础上并排捆绑两枚芯一级模块助推器而来，采用两级半构型，由2枚助推器、芯一级、芯二级构成，主动力全部采用液氧煤油发动机。该箭长70米，芯级及芯级助推器直径均为3.66米，整流罩直径5.2米，起飞质量约1421吨，最大起飞推力约2328吨，其标准近地轨道（LEO）运力达到63.8吨，标准地球同步转移轨道（GTO）运力为26.7吨。该箭为部分可重复使用运载火箭，助推器和芯一级可回收复用。

GOES-U气象卫星发射任务

本发“重型猎鹰”为全新火箭，芯一级为B1087.1，不做回收，两枚助推器分别为B1072.1和B1086.1，采用返场回收（RTLS）。完成飞行后，两枚助推器分别返回着陆在卡纳维拉尔角太空军基地LZ-1和LZ-2着陆区。

GOES-U气象卫星发射任务

本次发射是美国国家海洋和大气管理局（NOAA）首次用太空探索技术公司（SpaceX）的火箭发射GOES-R系列气象卫星。此前，三颗GOES-R系列卫星都是由联合发射联盟公司（ULA）的“阿特拉斯5”（Atlas 5）火箭发射的，在美国国家航空航天局（NASA）GOES-U发射任务的招标中，由于没有剩余的“阿特拉斯5”火箭，联合发射联盟撤回了投标。最终，美国航天局将价值1.525亿美元的发射合同授予太空探索技术公司，最早计划在2021年9月实施。

GOES-U气象卫星发射任务

由于“重型猎鹰”火箭运力远远强于“阿特拉斯5”，在2枚助推器进行返场回收、芯一级不回收时其运力仍有较大余量，发射任务中将卫星GOES-U送入了抬高近地点的地球同步转移轨道。按照任务规划，卫星自行爬升入轨的速度增量（ΔV）不高于987米/秒，而重型猎鹰”将GOES-U送入转移轨道后，仅需卫星自行提供566米/秒的速度增量，为卫星节省了宝贵的推进剂。GOES-U的设计寿命为15年，通过“猎鹰重型”提供的额外速度增量，卫星使用寿命提升至超过20年。

自世界时2018年2月6日成功首飞以来，“重型猎鹰”火箭已经执行了10次发射，取得10次连续成功。“重型猎鹰”主要用于地球高轨及深空发射任务，执行过“卫讯3号”美洲星、“灵神星”探测器、X-37B空天飞机等重要发射任务，展现出了较高的稳定性和可靠性。

GOES-U气象卫星发射任务

在世界商业航天发射服务市场，“重型猎鹰”的主要竞争对手是联合发射联盟的“火神”和“阿特拉斯5”。由于“阿特拉斯5”剩余火箭已经被全部订购，其实际竞争对手仅有“火神”火箭，又由于“火神”2024年初才完成首飞，不具备批量发射能力，在当前阶段“重型猎鹰”事实上处于一家独大的状态，其2023年的表现足以说明很多问题。

GOES-U气象卫星发射任务

2023年，“重型猎鹰”实施了多达5次发射任务，超过此前5年之和（4次）。相较于竞争对手，“重型猎鹰”除了性能优势，还有价格优势。到2022年末，“重型猎鹰”助推器与芯级全回收状态报价为9700万美元，对应的地球同步转移轨道（GTO）运力为8吨。其相较于采用昂贵“半人马座”上面级的“火神”火箭具备明显成本优势，后者在年发射次数达到10至20次后，单发价格才能降至1.1亿美元，其地球同步转移轨道（GTO）运力为3.5～15.3吨。

GOES-U气象卫星发射任务

GOES-U任务是继“灵神星”（Psyche）小行星任务之后，美国航天局授予太空探索公司的第2次发射。第3次发射将于今年10月进行，将使用“猎鹰重型”发射“欧罗巴快船”（Europa Clipper）深空探测器。今年11月，“重型猎鹰”还将执行“格里芬任务1号”（Griffin Mission 1 ）发射任务，这将是其首次奔月轨道发射任务。

此次发射是2024年“重型猎鹰”火箭第1次发射、肯尼迪航天中心第13次发射、美国第76次发射和世界第121次发射。

作者：木兰星舟