[科普中國]-宇宙神式運載火箭

簡介

宇宙神系列火箭，由美國通用動力公司制造， 宇宙神-5運載火箭已連續(xù)生產(chǎn)30多年?；鸺L25.1米，直徑3米，起飛重量120噸。目前經(jīng)常使用的是宇宙神—阿金納D號和宇宙神—半人馬座號兩種型號。前者重129噸，能把2噸重的有效載荷送入500千米高的地球軌道；后者重139噸，近地軌道的最大運載能力為4噸。它們除作為月球號和火星號星際探測器的運載工具外，曾用來發(fā)射過通信衛(wèi)星和美國第一艘載人飛船水星號進入太空。自1959年以來，已發(fā)射500多次，是使用最廣泛的一種運載工具。 1

演變歷史宇宙神五號運載火箭為宇宙神系列運載火箭中最新的型號，其技術(shù)來自早期的宇宙神二號運載火箭，主要則是宇宙神三號運載火箭，大部分的推進系統(tǒng)、電子設(shè)備及火箭結(jié)構(gòu)有沿襲早期火箭，有些則是小幅修改。外觀上最明顯的修改為第一節(jié)的燃料槽，不再使用10呎直徑的不銹鋼硬式殼槽，亦不用的有中央隔壁的“氣球”結(jié)構(gòu)，也不再用“一節(jié)半”的技術(shù)(于發(fā)射至進入軌道途中將三顆引擎中的兩顆丟棄)，宇宙神五號運載火箭則使用類似泰坦系列運載火箭及太空梭外部燃料槽的12.5呎直徑鋁合金鍛接燃料槽。2

發(fā)射地點宇宙神五號運載火箭屬于美國空軍的改進型一次性運載火箭(EELV)的一部分，不可重復(fù)使用代表此種運載火箭只能使用一次。發(fā)射地點在卡納維爾角空軍基地復(fù)合式41號發(fā)射臺，另外位于西岸的范登堡空軍基地3E號發(fā)射臺發(fā)射極地軌道的衛(wèi)星。

技術(shù)構(gòu)造第一節(jié)宇宙神五號系列運載火箭主引擎為俄羅斯的RD-180引擎，第一節(jié)為新研發(fā)的通用核心推進器(CCB)，最多可以捆綁式加裝五枚航空噴氣公司制造的固態(tài)輔助火箭，標準核心火箭直徑為3.8公尺(12.5呎)，長32.5公尺(106.6呎)，可填裝284,450公斤(627,105磅)的液態(tài)氧及煤油，標準核心火箭的推進時間約4分鐘，俄羅斯的RD-180引擎于發(fā)射時提供推力約4百萬牛頓(860,000磅)，飛行中產(chǎn)生的最大推力可達4.152百萬牛頓。

第二節(jié)第二節(jié)的半人馬座火箭有加壓燃料槽使之穩(wěn)固，并使用低溫燃料(液態(tài)氫或液態(tài)氧)，宇宙神五號運載火箭的第二節(jié)直徑為1.68公尺(5.5呎)，所使用引擎為一顆或兩顆普拉特-惠特尼RL10A-4-2火箭引擎(Pratt & Whitney RL10A-4-2 engines)，每顆引擎產(chǎn)生99.2千牛頓(22,300磅)。改良RL10A-4-2火箭引擎外型是增加第二節(jié)的操作性能和可靠程度，另外慣性航行裝置(inertial navigation unit，INU)也裝在半人馬座火箭上，讓宇宙神五號運載火箭和半人馬座火箭可以穩(wěn)定的飛行，也控制宇宙神運載火箭和半人馬座火箭的燃料槽壓力及燃料使用量，半人馬座火箭的引擎也可以在真空中點燃，可將人造衛(wèi)星送入低地球軌道，進入低地球軌道后，可形成橢圓的地球同步軌道(GTO)，再經(jīng)過第三次點火，即可從橢圓的地球同步軌道轉(zhuǎn)為圓形的地球同步軌道(GEO)。半人馬座火箭有著高燃燒比率(燃料燃燒完全比率)，所以可以搭配各種不同的重量的末端節(jié)，也可以用來作商業(yè)運載火箭，將人造衛(wèi)星放置在較遠的軌道。
在宇宙神五號運載火箭第一次發(fā)射之前，有許多系統(tǒng)已經(jīng)升級或增強了，例如容錯慣性飛行裝置(Fault Tolerant INU，F(xiàn)TINU)可增加宇宙神系列運載火箭的可靠性。

酬載艙(整流罩)宇宙神五號運載火箭有兩種常用的酬載艙(整流罩)。第一種是典型4公尺直徑的酬載艙，從宇宙神二號運載火箭開始使用，屬于標準和較纖細的酬載艙(參見宇宙神五號運載火箭第4次發(fā)射Inmarsat 4-F1衛(wèi)星)，第二種是洛克希德馬丁公司所研發(fā)的加大型5公尺直徑(實際上是4.57公尺直徑)酬載艙，建造地點則為位在瑞士的Contraves太空(現(xiàn)為Oerlikon太空)。Contraves太空所制的整流罩使用復(fù)合材料，此復(fù)合材料在早期的運載火箭的整流罩即使用過，不須在另尋新的材質(zhì)。第三種則是加長版的酬載艙，是用來運載宇宙神五號重型運載火箭的酬載物。前兩種酬載艙是用來酬載宇宙神五號500型運載火箭。在2008年4月14日，宇宙神五號運載火箭運載了迄今最重的酬載進入軌道──一枚由加利福尼亞州帕洛亞托的太空系統(tǒng)/眼端公司(Space Systems/Loral of Palo Alto, CA)所制造的電信通訊衛(wèi)星，重6648公斤(14625磅)。

發(fā)射記錄從2002年8月的第一次發(fā)射到2010年8月間的22次發(fā)射中，宇宙神五號運載火箭有幾近完美的成功率，但于2007年6月15日發(fā)射NROL-30衛(wèi)星時，因第二節(jié)的半人馬座火箭引擎提早關(guān)閉，導(dǎo)致酬載物－兩顆海洋監(jiān)測衛(wèi)星－進入較預(yù)期低之軌道，然而買主美國國家偵查部(National Reconnaissance Office)認為此次任務(wù)是成功的，而此事故也經(jīng)過徹底的調(diào)查。于此次些微失敗后，宇宙神五號運載火箭已有九次發(fā)射成功紀錄。 3
2007年活門異常宇宙神五號運載火箭目前唯一一次失敗是在2007年6月15日，第二節(jié)的半人馬座火箭引擎提早關(guān)閉──導(dǎo)致兩顆NRO L-30海洋監(jiān)測衛(wèi)星進入比原本預(yù)定高度低的軌道。這次發(fā)射失敗是因為一個漏氣的活門。更換新型活門延遲了下一次的宇宙神五號運載火箭的發(fā)射日期。