林彥興
今日凌晨，SpaceX 以獵鷹九號火箭將 Galaxy 31/32 兩顆同步通訊衛星發射升空。但與平常不一樣的是，這次用於發射的獵鷹九號 B1051.14 助推器，並沒有安裝回收用的網狀翼和降落腳架，而是像其他火箭一樣，發射後就拋棄不回收使用，也為 B1051 這個 14 手助推器的服役生涯畫上句點。那為甚麼這次 B1051 不進行回收呢？主要原因是這次任務要求將衛星送入「超同步轉移軌道 SSTO」上。
相信很多人都有聽過「同步轉移軌道 GTO」的概念（下圖左。如果沒有，可以先去看看我們的〈衛星軌道萬花筒〉圖文 XD）：想要把衛星從近地軌道（LEO）送上同步軌道（GEO），最簡單的方法就是讓火箭在近地軌道上加速，讓軌道的遠地點延伸至同步軌道的高度（大概 36000 公里），然後與衛星脫離。等衛星走到遠地點時，再使用自己的引擎加速，把軌道拉回圓形。這種轉移方式就是大名鼎鼎的「霍曼轉移 Hohmann Transfer」。
而所謂的超同步轉移軌道，是在近地軌道上加速時，讓火箭一舉把遠地點拉到超過同步軌道的高度（比如拉到 60000 公里以上），然後火箭與衛星脫離，衛星在遠地點加速把近地點拉到同步軌道的高度，最後抵達同步軌道時再減速把軌道拉圓。用軌道力學的術語來說，這種變軌方式叫作「雙橢圓轉移 Bi-elliptic Transfer」。
如果仔細看兩種轉移所需消耗的總速度增量（Delta v，大可想成需要消耗的燃料），會發現簡單的 GTO 其實更有效率，那為甚麼還要用 SSTO 發射衛星呢？
這是因為衛星其實不是放著不管就會乖乖待在軌道上的。受到日月引力、太陽輻射壓等諸多因素影響，同步衛星的軌道其實會隨時間偏移，此時就需要消耗衛星自身攜帶的推進劑來修正。剩餘的推進劑越多，衛星的壽命就越長。
因此從衛星營運者的立場來看，使用 SSTO 雖然會增加整個變軌過程消耗的總推進劑，但是衛星進入同步軌道時剩餘的推進劑反而變多，衛星壽命變長。因此只要情況允許，衛星營運者常傾向使用 SSTO。當然，如果火箭可以直接把衛星送進 GEO，那當然是再好不過了。但很可惜，這種事不是所有火箭都能做到的。也因此上次講獵鷹重型將 USSF-44 直送 GEO 時 [2]，才會說這個能力對發射商意義重大。
SSTO 還有另一個重要的功能，是大幅節省調整軌道傾角所需要的推進劑量，對高緯度國家尤其重要。但這個點相對複雜，以後有機會再說吧。
Note：是說 SSTO 這個縮寫其實跟「單節入軌 Single Stage To Orbit」一樣，蠻容易搞混的。
留言
張貼留言