獵鷹9號運載火箭（英語：Falcon 9）是SpaceX設計並製造的中型二級入軌運載火箭系列，以星際大戰系列中的「千年鷹（Millennium Falcon）」和第一級擁有的9個發動機而得名。獵鷹9號已發展出5個版本：獵鷹9號1.0版（已退役）、獵鷹9號1.1版（已退役）、獵鷹9號全推力版（Block 3）（已退役）[15]、獵鷹9號 Block 4（已退役）、獵鷹9號 Block 5（現役）。現役的獵鷹9號Block 5型能夠在不回收第一級助推器的同時，向低地球軌道發射重達22,800公斤（50,300英磅）的載荷[3]，向地球同步轉移軌道發射8,300公斤（18,300英磅）的載荷。[16][17]
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.jpg) SLC-3W上的獵鷹9號全推力型運載火箭，執行SSO-A任務 | |
| 用途 | 軌道運載火箭 |
|---|---|
| 製造者 | SpaceX |
| 製造國家 |  美國 |
| 單次發射費用 | |
| 外型及質量參數 | |
| 高度 | |
| 直徑 | 3.7米（12英尺）[3] |
| 質量 | |
| 節數 | 2 |
| 酬載量 | |
| 至LEO有效載荷 | |
| 軌道傾角 | 28.5° |
| 質量 | |
| 至GTO有效載荷 | |
| 軌道傾角 | 27.0° |
| 質量 | |
| 至火星轉移軌道有效載荷 | |
| 質量 | FT: 4,020公斤（8,860磅）[1] |
| 相關火箭 | |
| 衍生型號 | 獵鷹重型運載火箭 |
| 發射歷史 | |
| 現況 |
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| 發射場 | |
| 總發射次數 |
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| 成功次數 |
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| 失敗次數 | 1[a] (v1.1) |
| 部分失敗 次數 | 1 (v1.0)[8] |
| 着陸次數 | 330次/ 340次嘗試 |
| 首次發射 | |
| 末次發射 |
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| 第一級 | |
| 引擎 | |
| 單引擎推力 | |
| 比衝量 | |
| 推進時間 | |
| 燃料 | LOX / RP-1 |
| 第二級 | |
| 引擎 | |
| 單引擎推力 | |
| 比衝量 | |
| 推進時間 | |
| 燃料 | LOX / RP-1 |
獵鷹9號運載火箭在人類航天史上有着極為重要的歷史地位：它是歷史上第一枚可多次重複使用一級助推器的液體燃料運載火箭，推翻了運載火箭只能一次性使用的思維定勢。它也是第一枚完全於21世紀開發和設計的火箭，此外也是美國首度由私人企業承包國家探索太空和載人航天的發射工作，開啟商業航天時代。其低成本、多發並聯、垂直回收、多次使用、快速迭代的設計思路徹底顛覆了傳統的航天思維，影響了商業航天時代火箭的設計，其極為低廉的發射價格也徹底改變了國際商業航天的市場格局。
獵鷹9號運載火箭和龍飛船的組合於2008年贏得了NASA商業補給服務（CRS）的合同，在商業軌道運輸服務（COTS）下向國際空間站（ISS）運送貨物。做為商業乘員運輸能力（CCtCap）合同的一部分，SpaceX已經獲得獵鷹9號運載火箭的載人認證，使該款火箭能向國際空間站運送宇航員，如此便達成太空載具可完全多次利用、且載人進入地球軌道的最終目標，SpaceX估算屆時發射成本多數為民間可負擔的燃料費，使普通企業也能開展太空飛行的業務。
SpaceX的獵鷹重型運載火箭基於獵鷹9號設計，採用三個並聯的獵鷹9號的第一級助推器。
開發與生產
最早於2005年10月，SpaceX宣布了2007年上半年發射獵鷹9號的計劃。最終，首次發射將在2010年進行。
儘管SpaceX自己花錢研發了先前的獵鷹1號火箭，但NASA提供的一些開發資金和購買的幾次演示飛行使獵鷹9號的開發大大加快。最初，2006年的COTS項目為獵鷹9號提供了啟動資金。[18][19]該合同以Space Act Agreement (SAA)的形式授予，以「開發和展示一個商業軌道運輸服務」為目的。[19]合同中NASA向SpaceX訂購了3次演示飛行。[20]合同總額為2.78億美元，為龍飛船、獵鷹9號運載火箭和幾次載有龍飛船的獵鷹9號的演示飛行提供了開發資金。 2011年，合同中增添了更多的里程碑，使合同總額增加到了3.96億美元美元。[21]
2008年NASA簽訂合同，購買了12次CRS任務，成為了獵鷹9號的關鍵客戶，而這12次任務只有在最初的幾次國際空間站COTS演示任務完成並被NASA認定為成功後才能正式進行。[22][23]這個太空運輸合同總價值16億美元，要求最低以12次任務將補給運至ISS，並從ISS將科研貨物帶回地球。[24]
馬斯克曾多次提到，如果沒有了NASA的資金，開發獵鷹9號會耗時更長。SpaceX關於NASA合同的官方聲明稱：
SpaceX是在NASA取得令人難以置信的成就的基礎上實現這一目標，將NASA作為主力客戶進行開發，並在整個開發過程中獲得專家建議和指導。 SpaceX特別感謝NASA COTS辦公室在整個過程中給予的持續支持和指導。 COTS計劃展示了真正的私人/公共合作夥伴關係的力量，我們期待著我們的團隊將來所做的令人興奮的努力。[22]
2011年，SpaceX估計獵鷹9號1.0版的研發花費約為3億美元。[25]NASA評估得出的結論是，如果採用了傳統的成本保利合同方式，總花費將為36億美元。[26]
2014年，SpaceX公布了獵鷹9號及龍飛船總共的研發成本。NASA提供了3.96億美元，而SpaceX提供了多於4.50億美元用於火箭和飛船的開發。[27]
SpaceX原先計劃用中等運力的獵鷹5號運載火箭來作為輕型的獵鷹1號運載火箭的補充。[28]2005年，SpaceX宣布他們已經轉向獵鷹9號火箭的研發。獵鷹9號火箭是一種「完全可重複使用的重型運載火箭」，並已經獲得了一份政府客戶訂單。根據描述，它能將約9,500公斤（21,000磅）送入低地球軌道，預計每次發射，整流罩長度3.7米（12英尺）的版本定價2700萬美元，整流罩長度5.2米（17英尺）的版本定價3500萬美元。SpaceX還宣布研發獵鷹9號運載火箭的重型版本，LEO運力約為25,000公斤（55,000磅）。[29]獵鷹9號火箭將用於LEO、GTO以及貨運或載人 的ISS任務。[28]
NASA原先的COTS合同要求2008年9月進行首次演示飛行、三次演示任務在2009年9月前全部完成。[30]2008年2月，首次獵鷹9號/龍飛船COTS演示任務推遲了6個月，推遲到了2009年第一季度末。伊隆·馬斯克表示，開發工作的複雜性以及從卡納維拉爾角發射要滿足的規章要求共同造成了這次推遲。[31]
首次多發動機測試（2台發動機連接到第一級並同時點火）在2008年1月首次成功完成。[32]經過多次成功測試，2008年11月，完整的獵鷹9號火箭第一級完成了全任務時長（178秒）的測試點火。[33]2009年10月，首個用於飛行的第一級在SpaceX位於德克薩斯州McGregor的測試架上完成了全發動機測試點火。2009年11月，SpaceX進行了首次二級測試點火，點火時長40秒。測試成功完成，未出現終止或重新開始測試（recycle）的情況。2010年1月2日，二級一次全時長（329秒）入軌點火測試在McGregor測試場成功完成。[34]完整的火箭在2010年2月初運抵發射場進行集成。雖然他們估計集成與測試需要花費1到3個月，SpaceX仍然計劃於2010年3月22日發射。[35]
2010年2月25日，SpaceX的首個飛行組合體在卡納維拉爾角CCAFS SLC-40起豎。[36]3月9日，SpaceX進行了一次靜態點火測試。測試中第一級點火，但不會離地。由於設計用來將高壓氦氣從發射台泵入渦輪泵以轉動渦輪泵準備發射的系統出現故障，測試於T-2秒時中止。後來的調查發現故障因一個閥門沒有收到開啟指令而發生。因為問題出在發射台而非在火箭本身，又因為McGregor測試場閥門的布置不同，所以這個故障沒有在先前的測試中出現。中止時火箭底部出現了一些火和煙，因此有人懷疑有發動機起火。但是，火和煙是系統中液氧與煤油混合物正常燃燒的結果，火箭與發射台都未受損。在中止之前，火箭各系統都正常工作，沒有發現其他需要解決的問題。後續的測試在3月13日成功進行，第一級9台發動機點火了3.5秒。[37]
由於空軍需要對獵鷹9號飛行中止系統（flight termination system，FTS）進行評估，首飛從3月推遲到了6月。首次發射嘗試發生於美國東部時間2010年6月4日周五下午1:30（1730 UTC）。點火後很短時間內發射自動中止，並自動進行了中止後的程序。[38]地面人員得以重新開始（recycle）火箭發射程序。最終在當天下午2:45（1845 UTC），火箭成功發射。[39]
2010年12月時，SpaceX的生產線每3個月生產一枚獵鷹9號火箭、一艘龍飛船，並且有計劃使速度翻倍，達到每6周一枚（艘）。[40]截至2013年9月，SpaceX總生產空間增長到了將近1,000,000平方英尺（93,000平方公尺），而且工廠已經為了達到每年40枚芯級的產量而進行了配置。[41]截至2013年11月，工廠每月生產一枚獵鷹9號火箭。公司計劃在2014年中期將產量提高至每年18枚，在2014年末提高到每年24枚，[42][43]，在2015年末達到每年40枚芯級。[44]
到2016年2月，這些計劃仍未完成。公司表示芯級產量直到最近才提高到每年18枚，可以同時組裝的芯一級數量從3枚提升到了6枚。預計在2016年末，產量會提升至30枚每年。[45]但是截至2016年8月，SpaceX已經在向着每年生產40枚努力了，[46]而40枚正是SpaceX在2013年配置工廠時的預計速度。[41]
版本演進
獵鷹9號火箭共推出過五個版本：獵鷹9號1.0版，獵鷹9號1.1版，獵鷹9號全推力型（Block 3），獵鷹9號Block 4，獵鷹9號Block 5。
獵鷹9號1.0版為獵鷹9號的第一個版本，於2010年6月4日首次發射，火箭高度54.9米，直徑3.66米，最大重量333.4噸，採用兩級設計，第一級搭載9台Merlin 1C引擎，呈九宮格布局，第二級搭載1台Merlin 1C真空版引擎，兩級火箭均採用液態氧和煤油作為燃料，近地軌道運載能力為10,450千克，地球同步軌道運載能力為4,540千克。該版本火箭第一級不可回收。
獵鷹9號1.0版共進行5次發射，其中四次完全成功，一次部分成功。2013年3月1日的CRS-2任務後該版火箭退役不再使用。
獵鷹9號1.1版為獵鷹9號的第二個版本，於2013年9月29日首次發射，火箭高度增加到68.4米，最大重量增加到541.3噸，近地軌道最大運載能力提高到13,150千克，和1.0版相比，1.1版一個重要的不同在於第一級的9台Merlin引擎改為被稱為「Octaweb」的圓形布局，引擎型號也升級為Merlin 1D。頂部荷載可選擇長13.1米，直徑5.2米的整流罩，也可以選擇搭載天龍號貨運飛船。第一級可以視任務情況安裝返回大氣層着陸使用的柵格翼和着陸腿，但是該版本的所有回收實驗全部失敗。
獵鷹9號1.1版共進行了15次發射，最短的兩次發射間隔僅13天，除了2015年6月28日CRS-7任務失敗之外，其他主線任務全部成功。該版本在獵鷹9號第21次發射任務（JASON-3）後退役不再使用。
獵鷹9號全推力版是獵鷹9號的第三個型號。[47][48]，於2015年12月22日首次發射執行Orbcomm-OG2-2任務。火箭針對CRS-7任務失敗中暴露出的問題進行了全面的改良，高度增加到70米，並對液氧煤油燃料進行冷凝處理以提高燃料搭載。全推力版的近地軌道運載能力提高到22,800千克，地球轉移軌道的運載能力提高到8,300千克，並增加了對載人龍飛船的適配。回收用的着陸腿和柵格翼成為標準配置，第一級火箭完全可回收。
獵鷹9號全推力版共進行了25次發射，除了AMOS-6任務在發射前意外爆炸，所有發射均獲成功，並實現了16次成功着陸。其中，Orbcomm-OG2-2實現人類歷史上第一次火箭助推器陸地回收，而CRS-8任務實現第一次海上回收，SES-10任務實現第一次火箭助推器重複使用。另外BulgariaSat-1和Iridium NEXT 11–20兩次任務之間發射間隔僅有49小時15分鐘，是目前為止歷史上同款火箭發射時間間隔最短的記錄。該版本在獵鷹9號第49次發射（Paz/Tintin A&B）後退役不再使用。
獵鷹9號Block 4為獵鷹9號全推力版和獵鷹9號Block 5之間的過渡版本，採用了可多次使用的鈦合金的柵格舵取代了鋁合金的版本。
獵鷹9號Block 4首次發射為2017年8月14日的CRS-12任務，使用7枚一級助推器共進行了12次發射，所有發射均獲成功，6次回收也全部成功。該版本在獵鷹9號第57次發射CRS-15後退役不再使用。
獵鷹9號Block 5為獵鷹9號的最新型號，具有多次重複使用能力，在不檢修翻新的情況下能夠執行10次任務，而翻修後更能執行達百次的任務。Block 5也採用了全新設計的上面級，取代了之前造成CRS-7事故和AMOS-6事故的上面級，提高了整體的安全性能。獵鷹9號Block 5也是載人龍飛船所使用的運載火箭。
獵鷹9號Block 5首次發射為2018年5月11日的Bangabandhu-1任務。截止2024月9月5日，使用28枚一級助推器共進行了315次發射，所有發射均獲成功，325次回收320次成功。
火箭特性
獵鷹9號是現役所有運載火箭中設計非常獨特的一款，其主要特點為：發射前多次靜態點火，第一級垂直回收（VTVL），多個部件多次重複使用。
所有在洛杉磯霍索恩Space X總部生產完畢的第一級助推器並不會直接運送到發射場，而是送到位於得克薩斯州McGregor的SpaceX引擎測試場進行靜態全工作時長的引擎測試，確認所有引擎均可以正常工作後，再通過陸運送到發射場，運送到發射場後，獵鷹9號會在不搭載載荷的情況下運送到發射台上進行第二次靜態點火，一般點火時間不會超過10秒，以確認所有系統可以正常工作。在兩次靜態點火完成並確認無誤後，獵鷹9號才會安裝載荷進行正式發射。
獵鷹9號在執行陸地着陸程序時，第一級火箭在和第二級火箭分離後會利用噴氣調整系統調整姿態向後翻轉，點燃九台引擎中的一台進行「回推推進（Boostback Burn）」，第一級頂部的四個柵格翼會展開調整姿態。進入大氣層時會第二次點燃三台引擎進行「再入推進（Entry Burn）」，輔以高超音速滑翔減速。接近地面約7km時，速度減低至次音速，然後第三次點燃一台引擎進行「着陸推進（Landing Burn）」，打開着陸腿，利用略低於火箭重量的推力反向噴射軟着陸。
而執行海上回收程序時，第一級火箭不會執行回推推進（Boostback Burn）」而是直接進行再入推進。[49]
獵鷹9號1.1版曾在四次發射後進行海上返回實驗，前兩次因火箭降落速度過快或姿態控制不當導致回收失敗並墜毀[50]，第三次回收則因CRS-7任務火箭第一級爆炸而沒有實施。其後SpaceX獲得美國聯邦航空局批准選擇改為在卡納維拉爾角空軍基地新建的「第一着陸場（Landing Zone 1）」（原13號發射複合體）進行陸地回收測試。2015年12月21日，獵鷹9號火箭進行第20次發射，在為Orbcomm發送11顆衛星後，第一級火箭在卡納維拉爾角空軍基地第一着陸場成功着陸。[51]2016年4月8日，獵鷹9號火箭進行第22次發射，在為國際太空站進行充氣式太空艙試驗及貨物運輸補給的任務後，第一級火箭（編號B1021.1）進行第五次海上着陸嘗試，第一級火箭在大西洋上的駁船上成功降落。[52][53][54]
美國天文學家比爾·格雷（Bill Gray）於2022年1月表示，遺留的助推器會於2022年3月初撞擊月球背面的赤道附近[55]。但有關遺留的助推器的聲明後來被證實是誤會。比爾·格雷於2月12日發布更正聲明，表示有證據證明殘骸是名為「2014-065B」的廢棄箭體，也就是2014年10月中國執行嫦娥5-T1登月任務時發射的長征三號丙運載火箭推進器[56]。
2019年8月6日，在AMOS-17任務中，整流罩回收船「Ms. Tree」成功接到了獵鷹9號的整流罩。此前該船已經成功接收到獵鷹重型火箭在STP-2任務中所使用的整流罩。
在2019年11月11日的Starlink-2任務中，獵鷹9號首次使用了回收的整流罩。
獵鷹9號的助推器在陸地着陸場或者海上着陸駁船上着陸後，會被運回霍索恩的火箭製造工廠進行全面的檢查，如果確認沒有問題，會將其運送到得克薩斯州McGregor，重複靜態點火——發射回收的整個流程。
2017年3月30日，執行CRS-8任務的獵鷹9號火箭第一級助推器（編號B1021.2）再次發射，實現一級火箭的重複利用，並又一次成功回收。
2018年12月3日，編號為B1046.3的獵鷹9號助推器執行SSO-A任務，這是第一枚進行第三次使用的火箭助推器，標誌着獵鷹9號重複使用技術的又一個里程碑。
在2019年11月11日的Starlink-2任務中，獵鷹9號首次使用了回收的整流罩，同時該任務中使用的B1048號助推器也是第一枚進行第四次發射和回收的火箭助推器，整枚火箭除了第二級為新造之外全部為復用。
發射場，測試場與着陸設施
獵鷹9號目前使用或計劃使用以下幾個發射場：
- 卡納維拉爾角空軍基地40號航天發射複合體（CCAFS LC-40）
- 范登堡空軍基地4號發射複合體E （VAFB SLC-4E）
- 范登堡空軍基地6號發射複合體[57]
- 肯尼迪航天中心39號發射複合體A（KSC LC-39A）
- 得克薩斯州博卡奇卡發射場
獵鷹9號目前以下的着陸和回收設施：
- 卡納維拉爾角空軍基地1號，2號着陸場（CCAFS LZ-1 and LZ-2）（前卡納維拉爾角空軍基地13號發射複合體）
- 無人航天着陸船（Autonomous spaceport drone ship）：
- 正在使用中：
- 「Of Course I Still Love You」（當然我還愛你）（Marmac 304）
- 「Just Read the Instructions」（請閱讀說明書）（Marmac 303）
- 「A Shortfall of Gravitas」（重力不足）（Marmac 302）
- 在建中：
- 已退役：
- 「Just Read the Instructions」（請閱讀說明書）（Marmac 300）
- 范登堡空軍基地4號着陸場 （VAFB LZ-4）（前范登堡空軍基地4號發射複合體W（VAFB SLC-4W））
- 整流罩回收船：「Ms. Tree」（原名「Mr. Stevens」）和「Ms. Chief」
發射任務
自2010年6月以來，獵鷹9號運載火箭一共發射了381次，其中378次成功，一次部分失敗以及一次航天器損毀（截止2024月9月5日的數據）。此外，一枚火箭及其航天器在飛行前的靜態點火測試中損毀在發射台上。
火箭第一版獵鷹9號1.0版在2010年6月到2013年3月間發射了5次。它的後繼者獵鷹9號1.1版在2013年9月到2016年1月間發射了15次，獵鷹9號全推力版（包含FT，Block 4和Block 5）從2015年12月至今共發射351次。
- 第1次，龍飛船認證單元，首飛成功。
- 第2次，COTS演示飛行1，龍飛船首次功能性測試。[58]
- 第3次，Dragon C2+, 首次將貨物運送至國際空間站。
- 第6次，CASSIOPE,獵鷹9號1.1版首次發射。自范登堡空軍基地的首次發射。首個極軌道發射。首個科學載荷。首次第一級回收嘗試。
- 第7次，SES-8, 首次GTO發射，首個商業載荷。(通訊衛星)
- 第9次，CRS-3，加入着陸腿，首次海面軟着陸嘗試(零高度，零速度)。
- 第14次，CRS-5, 加入格柵翼，首次ASDS着陸嘗試，硬着陸（RUD）。
- 第15次，DSCOVR, 首次超過逃逸速度的發射。以地日L1點為目標。
- 第16次，ABS-3A和Eutelsat 115 West B，首次一箭雙星發射，衛星為創新的波音702SP全電星。
- 第19次，CRS-7, 因二級結構失效、COPV損壞，氦氣大量泄漏導致二級氧箱超壓爆炸，任務全部失敗。
- 第20次，Orbcomm OG-2，事故調查、問題改正後首次飛行。獵鷹9號全推力版首飛。一箭11星，使用特製適配器，星座組網星。首次成功着陸回收。
- 第23次，CRS-8, 首次成功着船回收。
- Amos-6，靜態點火測試前準備時發生爆炸，星箭俱毀。(本應為第29次)
- 第30次，CRS-10, 改造後的KSC LC-39A的首次發射。
- 第32次，SES-10, 成功回收的軌道級火箭（CRS-8任務）的首次重複發射、再次着陸。[59][60]
- 第33次，NROL-76, 首個機密載荷。[61]
- 第54次，Bangabandhu-1，Block 5型火箭首次發射。
- 第64次，SSO-A，第一次三手火箭復用發射。
- 第69次，SpX-DM1，載人龍飛船首次無人試飛。
- 第71次，Starlink v0.9，60顆星鏈計劃0.9版本試驗衛星首次發射。
- 第85次，SpX-DM2，第一次載人飛行。
參數
| 版本 | 獵鷹9 v1.0 (已退役) | 獵鷹9 v1.1 (已退役) | 獵鷹9 FT Block 1-4（已退役）[9] | 獵鷹9FT Block 5 （運作中） |
|---|---|---|---|---|
| 第一級 | 9 × 默林1C | 9 × 默林1D | 9 × 默林1D改進型[62] | |
| 第二級 | 1 × 默林1C真空級 | 1 × 默林1D真空級 | 1 × 默林1D真空級FT（改進型） | |
| 最大高度（米） | 53 | 68.4 | 70 | |
| 直徑（米） | 3.66 | |||
| 初始推力（kN） | 3,807 | 5,885 | 6,804 | 7,600 |
| 起飛質量（噸） | 318 | 506 | 549 | |
| 整流罩直徑（米） | 不適用[b] | 5.2 | ||
| LEO載荷（kg） | 8,500–9,000（在卡納維拉爾角發射） | 13,150 （在卡納維拉爾角發射） | 22,800 | >22,800（單次使用）
>19,200(可重用）[63] |
| GTO載荷（kg） | 3,400 | 4,850 | 8,300（單次使用）
～5300（可回收使用） |
>8,300（單次使用）
>5,800（可重用） |
| 成功次數/發射次數比 | 5/5 | 14/15[64] | 36/37[c] | 30/30 |
-
第二節分離模擬圖 -
第一節 -
燃料艙 -
太空總署出席SpaceX公司發射典禮 -
回收降落腳架張開 -
回收過程 -
慢速攝影的發射軌跡 -
尾端噴嘴 -
2014年7月的發射 -
COTS驗證飛行
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歷史文物和獵鷹9號博物館
SpaceX 於2016年在其位於加利福尼亞州霍桑的總部首次公開展示了獵鷹9號（B1019）。[65]
2019年，SpaceX 向位於德克薩斯州休斯頓的休斯頓航天中心捐贈了一枚獵鷹 9號 (B1035)。這枚助推器曾執行過兩次任務，「分別是第11次和第13次國際空間站補給任務，也是NASA同意第二次發射的第一枚獵鷹9號火箭」。[66][67]
2021年，SpaceX 向肯尼迪航天中心遊客中心捐贈了一枚獵鷹重型火箭側面助推器 (B1023)。[68]
2023年，獵鷹9號（B1021）在科羅拉多州利特爾頓的Dish Network總部外公開展示。[69]
參閲
- 獵鷹1號運載火箭
- 范登堡宇航發射場3
備註
參考文獻
外部連結
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