猎鹰二级分离高度

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我们以此前刚刚完成载人龙飞船发射任务的猎鹰9运载火箭整个发射过程来说，当北京时间3点22分发射指挥大厅按下发射按钮后，3点23分火箭发动机点火达到全推力状态，火箭开始升空离开发射台飞向太空。发射2分36秒后猎鹰9号一级火箭与二级火箭成功分离，此时一二级火箭分离速度是3.2千米/秒，一级火箭距离地面高度大概是80公里，在一二级火箭分离之后，二级火箭发动机点火推动二级火箭和发射载荷继续飞向预定发射轨道，而一级运载火箭并不会立即返回地面，而是在惯性作用下继续向上滑行，并最终滑行道距离地面160公里左右的亚轨道时，一级火箭才开始返回地球并最终降落在“我依然爱你”号回收驳船上。

从上面发射流程来看，猎鹰9作为一枚二级火箭，在整个发射过程中，一二级火箭分离时火箭的最大飞行速度并没有达到7.9千米/秒的最低发射入轨速度，那么火箭又是如何完成发射入轨需求的呢？

其实这个就要从火箭之父“齐奥尔科夫斯基 ”的多级火箭公式说起了，在这个公式中，猎鹰9运载火箭在一二级分离时的速度，与火箭发射时自身的推力大小M0和一级火箭关机时的火箭自重M1有直接关系，因为M0和M1之间的比值越大，火箭分离时的速度就越高，但是限于现有火箭燃料比冲较低的限制，单级火箭还达不到关机时速度达到第一宇宙速度的要求。

再说回猎鹰9运载火箭，虽然一二级火箭分离时火箭的最大飞行速度只有第一宇宙速度的一半多，但是抛弃一级火箭后，二级火箭自身质量更轻，而且此时外界空气稀薄阻力小，所以二级火箭仅需一台最大推力81吨的梅林1D+液体火箭发动机即可满足二级火箭飞行需求。因为对于猎鹰9运载火箭而言，针对发射轨道不同，一二级火箭装载的燃料量也是不一样的，比如发射近地轨道航天器的时候，二级火箭箭体自重大概是3吨，火箭内部装载的燃料量是45吨，外加10--13吨左右的航天发射载荷，此时整个二级火箭+航天器重量也只有58--61吨，二级火箭采用的真空版梅林发动机推力81吨，此时火箭的推重比高达1.33--1.39，按照梅林1D+液体火箭发动机的真空比冲310S计算的话，通过多次点火方式完全满足将二级火箭和发射载荷从80公里高度、3.2千米/秒提升至350公里以上、>7.5千米/秒的发射入轨速度需求（二级火箭和航天发射载荷分离后，航天器会通过自身推力实现精准入轨）。

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