[科普中國]-地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭

簡介

在空間探測領(lǐng)域取得一連串成功之后，印度空間研究組織(Is-RO)認(rèn)為現(xiàn)在是加快推進(jìn)載人航天計(jì)劃的好時機(jī)，期望成為第四個獨(dú)立實(shí)施載人航天任務(wù)的國家。2014年2月，印度空間研究組織宣布將自主建造載人飛船“軌道飛行器”(OV)，并公布了首個乘員艙樣機(jī)，計(jì)劃利用“地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭一MK3”(GsLV—MK3)火箭發(fā)射載有2～3名航天員的乘員艙進(jìn)入低地球軌道執(zhí)行為期7天的任務(wù)。2

地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭（Geosynchronous Satellite Launch Vehicle ，英文縮寫：GSLV），印度自行研發(fā)為主的運(yùn)載火箭。印度太空研究機(jī)構(gòu)利用地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭將印度全國衛(wèi)星系統(tǒng)類型的衛(wèi)星送至地球同步軌道?；鸺酁槎砹_斯協(xié)助建造，并非印度獨(dú)立建造。地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭為極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭 之改良版，增加捆綁式液態(tài)輔助火箭為一三節(jié)式火箭。第一節(jié)為固態(tài)推進(jìn)器；第二及第三為液態(tài)推進(jìn)器。固態(tài)及輔助火箭是極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭 之延續(xù)，所以低溫液態(tài)引擎由俄羅斯提供，共買了七個末端節(jié)引擎。印度試著去建造低溫末端節(jié)引擎并向俄羅斯買技術(shù)，但遭美國施壓，因此俄羅斯并未提供此項(xiàng)技術(shù)給印度。所以在過去的十一年印度空間研究機(jī)構(gòu)持續(xù)研發(fā)如何建造低溫液態(tài)引擎。

性能參數(shù)基礎(chǔ)參數(shù)功能：一次性火箭

制造公司： 印度空間研究組織

國家：印度

高度 ：49 米 (160 尺)

直徑 ：2.8 米 (9.1 尺)

質(zhì)量 ：402,000 公斤 (886,000 磅)

節(jié)數(shù) ：3節(jié)

發(fā)射場：斯里赫里戈達(dá)島

發(fā)射次數(shù)：5次

成功次數(shù)：3次

失敗次數(shù)：1次

部分失敗次數(shù)：1次

首次發(fā)射：2001年4月18日

助推器：(Stage 0)

火箭形式：4枚

引擎：L40H Vikas引擎*2顆

推力：680 千牛頓

總推力：2,720 千牛頓

比沖：262 秒

推進(jìn)時間：160 秒

燃料：四氧化二氮/聯(lián)氨

酬載能力地球同步軌道運(yùn)載火箭使用四支L40液態(tài)推進(jìn)火箭可酬載約5000公斤（11000磅）到近地軌道；使用俄羅斯KVD-1低溫末端節(jié)引擎可將2200公斤（4850磅）到地球同步軌道。

各節(jié)簡介第一節(jié)

地球同步軌道運(yùn)載火箭第一節(jié)直徑為2.8米，他用M250及的馬釘鋼作外殼材料，而推進(jìn)劑重達(dá)129頓；第一節(jié)（L40）有四十噸重的液態(tài)推進(jìn)劑（四氧化二氮/聯(lián)氨），直徑為1.2米。

引擎： 1 枚S139引擎

推力： 4,700 千牛頓

比沖： 166 秒

推進(jìn)時間： 100 秒

燃料： HTPB (solid)

第二節(jié)

地球同步軌道運(yùn)載火箭第二節(jié)直徑為2.8米，而且有液態(tài)推進(jìn)劑（四氧化二氮/聯(lián)氨）分裝在兩個鋁合金槽里，重達(dá)37.5頓。

引擎： GS2 Vikas引擎*4顆

推力： 720 千牛頓

比沖： 295 秒

推進(jìn)時間： 150 秒

燃料： 四氧化二氮/聯(lián)氨

第三節(jié)

地球同步軌道運(yùn)載火箭第三節(jié)的直徑也是2.8米，用低溫液態(tài)推進(jìn)劑（液態(tài)氫/液態(tài)氧）并放在兩個鋁合金槽里，其質(zhì)量為12.5頓。

引擎： 1顆RD-56M引擎

推力： 73.5 千牛頓

比沖： 460 秒

推進(jìn)時間： 720 秒

燃料： 液態(tài)氫/液態(tài)氧

相關(guān)概念1、地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，又稱對地靜止衛(wèi)星，是運(yùn)行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星。

2、運(yùn)載火箭由多級火箭組成的航天運(yùn)輸工具。用途是把人造地球衛(wèi)星、載人飛船、空間站、空間探測器等有效載荷送入預(yù)定軌道。是在導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上發(fā)展的，一般由2～4級組成。

從字面意義上理解，能把同步衛(wèi)星送入太空的多級航天火箭可統(tǒng)稱為地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭。

發(fā)射紀(jì)錄第一次發(fā)射在2001年4月18日，并非完全成功其發(fā)射衛(wèi)星為實(shí)驗(yàn)用通訊衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星一號；第二次發(fā)射完全成功，在2003年5月8日，發(fā)射實(shí)驗(yàn)用通訊衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星二號；在2004年9月20日發(fā)射EDUSAT通訊衛(wèi)星之實(shí)用飛行；第四次發(fā)射在2006年7月10日下午5點(diǎn)38分，印度軍方在印中央邦薩提什達(dá)萬航太中心發(fā)射一枚“地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭-F02”，攜帶著實(shí)驗(yàn)用通訊衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星四號C型通訊衛(wèi)星。距離地面約70公里處出現(xiàn)箭體傾斜、連續(xù)翻轉(zhuǎn)、空中爆炸，跌落在孟加拉灣。 地球同步軌道運(yùn)載火箭 第四次發(fā)射使用俄羅斯低溫液態(tài)末端節(jié)引擎，印度太空研究機(jī)構(gòu)預(yù)測下次發(fā)射將使用先進(jìn)的低溫引擎。3

GSLV發(fā)射失敗事件事件一：

2006年7月10日，印度同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭(GSLV)攜帶重2 .4噸的INSAT-4C衛(wèi)星發(fā)射升空。火箭發(fā)射后約55秒，開始明顯偏離正常飛行軌跡，62秒時火箭解體。殘骸墜人孟加拉灣，初步查明是發(fā)動機(jī)推力控制器發(fā)生故障而導(dǎo)致發(fā)射失敗。GSLV—F02任務(wù)是將INSAT-4C衛(wèi)星送入36 000千米高的地球同步轉(zhuǎn)移軌道，在未來10年里提供電視服務(wù)。此次發(fā)射是把發(fā)射能力提高到4噸以上的一次嘗試。
GSLV長49米、重414噸，共有3個級段。第一級包括一個固體推進(jìn)劑助推器和4個捆綁式液體推進(jìn)劑助推器，第二級也是一個固體推進(jìn)劑級，第三級是一個低溫級。此次GSLV—F02發(fā)射是該系列火箭的第4次發(fā)射。前3次發(fā)射都取得了圓滿成功。4

事件二：

印度國產(chǎn)火箭“地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭”GSLV-D3在2010年4月15日的發(fā)射中未能取得成功，箭上攜帶的GSAT-4通信衛(wèi)星也一同墜毀。耗資0.74億美元的試飛以失敗告終，沉重打擊了快速發(fā)展的印度航天計(jì)劃。

印度空間研究組織主席拉達(dá)克里希南稱，本次試飛主要目的是驗(yàn)證印度建造的低溫第三級段，是印度航天計(jì)劃中的一個關(guān)鍵里程碑，尤其對該國發(fā)射自己的衛(wèi)星和研發(fā)載人航天器而言。

當(dāng)?shù)貢r間16時27分，這枚火箭長50米的火箭從印度斯里哈里科塔島上的航天中心發(fā)射升空。ISRO說發(fā)射后前5分鐘，火箭運(yùn)行正常。發(fā)射后大約5分鐘，GSLV第二級分離，隨后低溫級段點(diǎn)火。

低溫級段按照箭載計(jì)算機(jī)的規(guī)劃點(diǎn)火，指標(biāo)顯示低溫發(fā)動機(jī)點(diǎn)火了。不過，最后等到對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析之后才能確認(rèn)。地面人員觀察到火箭翻滾，意味著火箭失控，最有可能的原因是兩臺控制發(fā)動機(jī)（小型低溫發(fā)動機(jī)）沒有點(diǎn)火，沒有發(fā)揮必要的控制能力。

第三級燃燒時間為12分鐘，這兩臺控制裝置發(fā)動機(jī)應(yīng)該在這期間提供小型動力，控制火箭。但是跟蹤曲線顯示，火箭在官員宣布第三級點(diǎn)火之后數(shù)秒就失去了原有的高度。發(fā)射控制中心稱，火箭大約上升了140千米（87英里），出現(xiàn)問題時的速度為17700千米/秒（11000英里/秒）。

隨后幾分鐘，發(fā)射控制人員丟失失控火箭的跟蹤數(shù)據(jù)，因?yàn)榛鸺呀?jīng)墜落印度洋上空的大氣層。最后的跟蹤顯示火箭處于印度東海岸薩迪什·達(dá)萬航天中心西南1600千米（1000英里）上空，據(jù)地面66千米（41英里）處。5

事件三：

印度一枚搭載通訊衛(wèi)星的運(yùn)載火箭2010年12月25日發(fā)射后不久失控并偏離航向。依照地面控制人員指令，火箭在空中“自爆”。一些航天技術(shù)人員說，這次發(fā)射失敗是印度空間研究組織遭遇的“巨大挫折”。

這枚火箭為同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭（GSLV）F06型，當(dāng)?shù)貢r間下午4時04分在位于印度東南部斯里赫里戈達(dá)島的薩蒂什·達(dá)萬航天中心點(diǎn)火升空，原定飛行19分鐘后將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。 印度空間研究組織主席K·拉達(dá)克里希南說，火箭“發(fā)射45秒后失去控制”，地面控制人員向第一級發(fā)動機(jī)發(fā)出指令，但火箭未按指令工作。

按照他的說法，火箭第一級在發(fā)射后50秒內(nèi)表現(xiàn)正常，隨后出現(xiàn)故障。發(fā)射后63秒，地面控制人員發(fā)出自毀指令，火箭在空中爆炸。火箭殘骸墜入孟加拉灣。 這枚火箭原定20日發(fā)射，由于技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)火箭發(fā)動機(jī)存在故障而推遲發(fā)射。

火箭搭載一顆GSAT-5P型衛(wèi)星，用于通信服務(wù)和氣象監(jiān)測。這顆衛(wèi)星質(zhì)量為2310千克，設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命13年。衛(wèi)星裝備36個信息接受和轉(zhuǎn)發(fā)裝置，原計(jì)劃升空后替代1999年發(fā)射的INSAT－2E型通訊衛(wèi)星。

空間研究組織設(shè)立的故障分析委員會初步認(rèn)定，發(fā)射失敗與4臺捆綁式液態(tài)燃料發(fā)動機(jī)相關(guān)。火箭發(fā)射0.2秒后，1臺發(fā)動機(jī)失靈，僅3臺正常工作，致使火箭飛行控制能力大幅降低。

發(fā)射后大約50秒，火箭飛行速度達(dá)到音速，但推力不足導(dǎo)致高度誤差較大，氣動載荷超過設(shè)計(jì)極限，因而無法正常飛行。

故障分析委員會利用模擬飛行、分析數(shù)據(jù)、核對等手段展開校準(zhǔn)試驗(yàn)并得出結(jié)論：故障發(fā)動機(jī)中推進(jìn)燃料調(diào)節(jié)器在密閉狀態(tài)下流量系數(shù)明顯偏高。這可能是生產(chǎn)過程中疏忽所致，檢查和驗(yàn)收試驗(yàn)等工序未發(fā)現(xiàn)這一安全隱患。

這是印度同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭連續(xù)第二次發(fā)射失敗。