2024年SpaceX公司发射情况统计分析
2024年，世界航天发射领域异常繁荣，轨道发射263次，达到自20世纪60年代以来年发射次数的最高纪录。美国以158次位列首位，而其中80%以上的发射来自太空探索技术公司（SpaceX）。本文将对该公司2024年度发射情况、任务亮点，以及异常情况等进行总结，并对其发展进行展望。SpaceX公司2024年度共进行138次火箭发射，其中包括132枚猎鹰-9（Falcon-9）、2枚“猎鹰重型”（FalconHeavy）火箭和4枚“超重-星舰”（SuperHeavyStarship）。除了猎鹰-9执行的星链9-3（Starlink9-3）发射因二子级发动机重启失败而遭遇失败外，其余均获成功，完全成功率99.25%。发射频率达到了平均2.65天/次。其中，在东海岸发射次数达88次、西海岸46次、墨西哥湾沿岸4次。在发射频率不断提高、重复使用技术不断完善的基础上，“猎鹰”系列火箭创下了多项新纪录，包括：月发射次数最高达16次；同一发射场最短任务周转间隔为2天15小时53分钟（卡纳维拉尔角SLC-40发射场，星链6-69/星链6-68）；同一枚一子级最短周转时间为13天12小时34分钟（B1080，星链6-69/星链12-1）。对“猎鹰”系列火箭的年度发射次数与美国总体发射次数进行统计后可见，猎鹰-9火箭在2017年首次利用复用火箭一子级进行飞行后，SpaceX的年度发射次数明显增加，至2022年发射次数已占美国年度总发射次数的70.11%，到2024年该数据增加至87.34%（表1）。
表1 SpaceX 年发射次数与美国总发射次数统计表2024年，“猎鹰”系列火箭的134次发射中，有89次“星链”专用发射、10次美政府有效载荷发射（其中包括2次“国际空间站”乘员轮换任务和4次“国际空间站”货物运输任务）、8次美军事有效载荷发射任务（其中1次“星盾”任务搭载了“星链”）、4次拼车发射、2次商业载人发射，以及21次商业或其他国家/地区政府发射。将超过1600t载荷和14名航天员送入轨道。2024年“猎鹰”系列火箭发射任务类型及占比如图1所示。
图1 2024 年“猎鹰”系列火箭发射任务类型及占比在重复使用方面，SpaceX公司对“猎鹰”系列火箭一子级和捆绑助推器共进行了132次回收（109次海上，23次陆地），其中成功131次，失败1次，完全成功率99.24%。任务中使用复用整流罩的比例达93.75%。2024年，SpaceX共投入了25枚猎鹰-9助推器（表2），其中仅9枚为全新的，分别是5枚猎鹰-9一子级、2枚“猎鹰”重型芯级和2枚捆绑助推器，其余均为复用箭。7枚一子级退役，其中，B1062是由于回收后在海上平台倾倒而爆炸，2枚用于猎鹰-9高轨任务，4枚分别用于重型火箭芯级和助推器。助推器重复使用次数最多已达24次（B1067），同时该助推器在最后一次飞行中成功回收，将继续用于探索重复使用次数的上限。对2017年“猎鹰”系列火箭实现重复使用后的新助推器投入使用情况进行统计，可以看到年平均投入使用新助推器数约为8枚（表3）。表2 2024年SpaceX 公司投入使用的猎鹰-9助推器“星链”任务占发射总量的七成SpaceX公司的火箭发射和着陆数量能达到目前的规模，其主要原因是该公司“星链”项目对在轨卫星数量的需求。
2024年，猎鹰-9发射任务中近70%用于部署“星链”卫星，通过89次“星链”专用发射以及一次美国国家侦察局（NROL）任务中的搭载发射，共将1962颗卫星送入轨道，另有一批20颗卫星因发射失利而未入轨。目前在轨的“星链”卫星超过6800颗，其中约350颗卫星配备了直接与移动设备连接的功能。2024年，SpaceX的“星链”卫星互联网服务经历了前所未有的增长和扩张，在用户群、全球覆盖和技术进步方面取得了重大里程碑。该卫星星座彻底改变了全球互联网连接，特别是在服务不足的地区，同时不断扩大其在各个领域的服务范围。全球互联网流量比2023年增长了3.3倍。截至2024年底，该服务的用户数已超过460万，较2024年5月达到的300万大关呈现加速增长。这一快速扩张表明，每月的用户获取率约为22.9万。随着这一数字的增长，“星链”业务预计在2024年为SpaceX带来约66亿美元收入，较前几年大幅增长。
“超重-星舰”4次试飞实现“筷子夹火箭”SpaceX在2024年共进行了4次“超重-星舰”的综合飞行测试，数量达到了2023年全箭飞行开始时的两倍。过程中虽然遭遇各种异常情况，但每一次也都伴随着显著的突破。3月14日，“超重-星舰”开展了第三次综合飞行试验（IFT-3），助推级在着陆燃烧开始后不久就被摧毁，飞船在轨不受控滚转，在重返大气层时解体。这与SpaceX希望在试飞中完成的目标相去甚远。但首次实现了从太空重返大气层，并完成了在轨推进剂转移演示和有效载荷舱门开关演示。6月6日，在“超重-星舰”第4次综合飞行试验（IFT-4）中，虽然上升/返回过程中各有1台发动机异常；前襟翼在返回过程中部分被烧穿；隔热瓦仍有脱落现象。但助推级和飞船级均完成了受控着陆。10月13日，“超重-星舰”第5次综合飞行试验（IFT-5），首次尝试超重助推级“筷子”捕获回收取得成功，“星舰”飞船级海上溅落达到预期的十米级精度，试验目标均已达成。11月20日，在执行第六次综合飞行试验（IFT-6）中消耗了最后一枚第一代“星舰”飞船级（星舰V1），标志着“超重-星舰”项目完成轨道级试飞第一阶段任务，并向第二阶段过渡。此外，这一年的大部分时间里，SpaceX还与美国联邦航空管理局（FAA）在获得飞行批准方面进行了反复的讨论。“超重-星舰”的试飞因政府监管限制多次推迟，马斯克对此表示了不满，并通过向国会申诉，给FAA施加压力。FAA最终在11月底公布了一份“环境评估”草案，拟将SpaceX“星舰”的年发射次数由5次提升至25次，且可能允许其进一步提升“超重-星舰”的尺寸及能力。几乎垄断美国“国际空间站”发射任务2024年，美国围绕“国际空间站”项目，共执行3次载人和4次货运发射，将8名航天员（美国6个、俄罗斯2个）以及10余吨货物送入“国际空间站”。除一次波音公司（Boeing）的“星际客船”（Starliner）载人任务由宇宙神-5（Atlas-5）火箭执行外，其余均由SpaceX的猎鹰-9火箭完成。其中还包括助力竞争对手诺格公司（NG），承担了两次“天鹅座”（Cygnus）飞船前往“国际空间站”的货运补给发射。
在“国际空间站”任务中，SpaceX根据任务的优先级谨慎地采用了复用次数较少的助推器，尤其是NASA的两次载人任务，一次为新箭，一次为2飞的助推器。而在货运发射任务中则采用了最多10飞的助推器。3月4日，SpaceX采用一枚全新的猎鹰-9火箭搭载“龙”（Dragon）飞船将4名航天员送往“国际空间站”，其中包括美国航天员马修·多米尼克、迈克尔·巴拉特、珍妮特·埃普斯，以及俄罗斯航天员亚历山大·格列边金。9月28日，SpaceX采用一枚2飞的猎鹰-9火箭搭载“龙”飞船将2名美国航天员飞往“国际空间站”，由于此次任务增加了对波音CFT乘组实施“救援”的目标，导致发射时间较原计划晚了一个月。另外，本次任务是SpaceX首次启用卡纳维拉尔角LC-40发射场执行载人航天任务，此前SpaceX的载人发射任务均在肯尼迪航天中心LC-39A发射场执行。
开展多样化商业太空载人发射任务SpaceX的目标是让太空旅行走向大众市场，2024年继续积极开展商业太空旅游业务，实施了公理-3（Ax-3）和“北极星黎明”（PolarisDawn）任务。1月18日，美国公理航天公司（Axiom）的4名太空旅客搭乘SpaceX的“龙”飞船前往“国际空间站”。这是公理航天公司第三次全私人航天员任务，也是SpaceX的第三次商业载人发射，代号Ax-3。飞船原定于2月3日与“国际空间站”分离，并于当晚溅落，却因溅落地点条件不佳推迟近一周，直至2月7日离站，经两天返回，于2月9日在佛罗里达州代托纳海滩附近溅落，完成了为期三周的商业太空旅游。9月10日，SpaceX公司猎鹰-9火箭携“龙”飞船从肯尼迪航天中心升空，执行“北极星计划”（PolarisProgram）首次任务——“北极星黎明”。此次任务意义非凡，“龙”飞船将机组送至距地球超1400km远地点，这是“阿波罗”（Apollo）计划结束50多年来人类太空旅行最远距离，此外，机组还完成首次商业太空行走。“北极星计划”2022年2月启动，由美国亿万富翁贾里德·艾萨克曼发起，SpaceX与他共同出资，所用火箭、飞船和航天服皆由SpaceX提供，计划至少3次载人飞行，除“北极星黎明”外还有任务-2（Mission-2）和任务-3（Mission-3），旨在积累载人航天经验，研究太空飞行人类健康、展示相关载人航天技术、筹集慈善资金，助力SpaceX实现载人登月和登火目标，推动商业载人航天迈向新高度。2024年，SpaceX在实现高密度发射的同时也并非一帆风顺，猎鹰-9火箭曾先后三次遭遇故障停飞。7月12日，SpaceX利用一枚猎鹰-9火箭执行星链9-3发射任务时，火箭二子级工作过程中出现液氧泄漏，二子级真空型灰背隼-1D（Merlin-1D）发动机在第二次点火期间发生快速意外解体，未能按飞行时序抬升卫星的近地点，致使20颗“星链”卫星进入较低轨道。这些卫星不久后重新进入地球大气燃烧殆尽。这是猎鹰-9火箭自2016年9月飞行前静点火试车期间意外爆炸以来的首次失利，使其从2017年1月14日开始保持的连续成功纪录（324次）止步于此。本次发射是由美国联邦航空管理局审核并授予许可的商业发射任务，根据FAA的许可准则，猎鹰-9火箭在出现发射失利后，停飞并接受故障调查。
7月25日，SpaceX在其官网公布了故障调查结果，称“火箭一子级在上升、子级分离和返回着陆阶段表现正常。但火箭二子级在发动机第一次点火期间，发动机周围的隔热层内出现了液氧泄漏。泄漏的原因是连接火箭液氧系统的压力传感器管路出现裂缝。该条管路因发动机振动产生的高负载，以及用于约束管路的夹具松动，导致疲劳进而破裂”。事故15天后，猎鹰-9火箭于7月27日实现复飞，创下了火箭发射失利后最快复飞的纪录。猎鹰-9火箭一子级海上着陆后爆炸8月28日，猎鹰-9从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角天军基地发射升空，执行代号星链8-6的发射任务，成功将21颗“星链”卫星送入轨道。火箭一子级在执行完上升段任务后按计划返回，返回过程未见异常，在升空8分20秒后，一子级在海上回收平台着陆，停稳后瞬间底部一侧喷出火焰，10秒内一子级向燃烧方向翻倒并解体。任务中这枚一子级为第23次飞行的B1062。这是SpaceX公司三年半以来首次一子级着陆失败。受此影响，猎鹰-9发射暂时暂停。SpaceX随后表示，此次事故是回收相关的问题，不会对主要任务或公共安全构成威胁，因此在停飞仅3天后，于8月31日实现复飞。
猎鹰-9上一次一子级着陆失败是在2021年2月的一次“星链”发射任务中。在那次发射中，一子级的9台灰背隼-1D（Merlin-1D）发动机中的一台在火箭上升段提前关闭。虽然火箭成功将所携带的“星链”卫星部署至预定轨道，但一子级无法完成海上着陆。调查结果表明，发动机盖上有一个由疲劳引起的漏洞导致废气进入发动机并造成发动机损坏。
自那次失败以来，SpaceX已连续成功着陆268次。其中包括2023年12月的一次发射，当时火箭一子级成功降落在海上平台上，但在返港途中遭遇恶劣海况，被冲入水中。载人任务中猎鹰-9火箭二子级离轨异常9月29日，在卡纳维拉尔角天军基地SLC-40工位，“龙”飞船系统搭载两名航天员升空，执行SpaceX的第9次“国际空间站”乘员轮换任务，飞船于9月30日与“国际空间站”和谐舱前向端口对接。主要任务顺利完成，但猎鹰-9火箭二子级却在最后一次离轨燃烧时发生异常，导致其在新西兰以东的南太平洋的非指定区域再入。事后，SpaceX牵头对该事件开展了调查。10月11日，FAA批准了猎鹰-9火箭恢复发射。此次复飞距离该火箭因二子级离轨异常而停飞仅仅过去了12天。SpaceX和FAA均未对调查结果或由此产生的纠正措施进行说明。在猎鹰-9停飞期间，FAA批准进行了一次特例发射，即10月7日顺利执行的欧洲航天局（ESA）“赫拉”小行星探测器发射任务。该发射中，猎鹰-9火箭将“赫拉”送入地球逃逸轨道，二子级不会再进入大气层，因此不会发生因类似的上面级离轨点火异常而导致的公共安全问题。2024年，SpaceX在航天运载器领域的发展可圈可点。在航天发射方面，其发射次数实现了进一步的提升，发射总数达138次，这一数字与航天飞机30年执行135次的飞行任务次数相当，而其发射成本仅为航天飞机的1%。复用技术方面，SpaceX在不断探索最短复用周期的同时，还在提高火箭复用的次数，实现了火箭一子级的24次复用。在下一代运载器研发方面，“超重-星舰”的研制取得了突破性进展，验证了系统的入轨能力，并实现了首次“筷子”夹火箭。2025年，SpaceX预计“猎鹰”系列火箭的发射将再次提速，总量将超过170次。猎鹰-9火箭一子级的重复使用将向下一阶段目标——40次推进。而“超重-星舰”的发射将有望达到25次，在2025年底实现两周一发的发射频率。同时，随着“超重-星舰”下一阶段试飞的开始，“超重-星舰”的“星链”部署任务将提上日程，这将大幅提升该卫星星座的部署效率。
