[科普中國(guó)]-宇宙神式運(yùn)載火箭

簡(jiǎn)介

宇宙神系列火箭，由美國(guó)通用動(dòng)力公司制造， 宇宙神-5運(yùn)載火箭已連續(xù)生產(chǎn)30多年?；鸺L(zhǎng)25.1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(hào)和宇宙神—半人馬座號(hào)兩種型號(hào)。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(yùn)載能力為4噸。它們除作為月球號(hào)和火星號(hào)星際探測(cè)器的運(yùn)載工具外，曾用來(lái)發(fā)射過(guò)通信衛(wèi)星和美國(guó)第一艘載人飛船水星號(hào)進(jìn)入太空。自1959年以來(lái)，已發(fā)射500多次，是使用最廣泛的一種運(yùn)載工具。 1

演變歷史宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭為宇宙神系列運(yùn)載火箭中最新的型號(hào)，其技術(shù)來(lái)自早期的宇宙神二號(hào)運(yùn)載火箭，主要?jiǎng)t是宇宙神三號(hào)運(yùn)載火箭，大部分的推進(jìn)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(jìn)入軌道途中將三顆引擎中的兩顆丟棄)，宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭則使用類(lèi)似泰坦系列運(yùn)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(diǎn)宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭屬于美國(guó)空軍的改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭(EELV)的一部分，不可重復(fù)使用代表此種運(yùn)載火箭只能使用一次。發(fā)射地點(diǎn)在卡納維爾角空軍基地復(fù)合式41號(hào)發(fā)射臺(tái)，另外位于西岸的范登堡空軍基地3E號(hào)發(fā)射臺(tái)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(hào)系列運(yùn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)核心火箭直徑為3.8公尺(12.5呎)，長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)核心火箭的推進(jìn)時(shí)間約4分鐘，俄羅斯的RD-180引擎于發(fā)射時(shí)提供推力約4百萬(wàn)牛頓(860,000磅)，飛行中產(chǎn)生的最大推力可達(dá)4.152百萬(wàn)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(hào)運(yùn)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(hào)運(yùn)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(yùn)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(diǎn)燃，可將人造衛(wèi)星送入低地球軌道，進(jìn)入低地球軌道后，可形成橢圓的地球同步軌道(GTO)，再經(jīng)過(guò)第三次點(diǎn)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(lái)作商業(yè)運(yùn)載火箭，將人造衛(wèi)星放置在較遠(yuǎn)的軌道。
在宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭第一次發(fā)射之前，有許多系統(tǒng)已經(jīng)升級(jí)或增強(qiáng)了，例如容錯(cuò)慣性飛行裝置(Fault Tolerant INU，F(xiàn)TINU)可增加宇宙神系列運(yùn)載火箭的可靠性。

酬載艙(整流罩)宇宙神五號(hào)運(yùn)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(hào)運(yùn)載火箭開(kāi)始使用，屬于標(biāo)準(zhǔn)和較纖細(xì)的酬載艙(參見(jiàn)宇宙神五號(hào)運(yùn)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(shí)際上是4.57公尺直徑)酬載艙，建造地點(diǎn)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(yùn)載火箭的整流罩即使用過(guò)，不須在另尋新的材質(zhì)。第三種則是加長(zhǎng)版的酬載艙，是用來(lái)運(yùn)載宇宙神五號(hào)重型運(yùn)載火箭的酬載物。前兩種酬載艙是用來(lái)酬載宇宙神五號(hào)500型運(yùn)載火箭。在2008年4月14日，宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭運(yùn)載了迄今最重的酬載進(jìn)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(hào)運(yùn)載火箭有幾近完美的成功率，但于2007年6月15日發(fā)射N(xiāo)ROL-30衛(wèi)星時(shí)，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(cè)衛(wèi)星－進(jìn)入較預(yù)期低之軌道，然而買(mǎi)主美國(guó)國(guó)家偵查部(National Reconnaissance Office)認(rèn)為此次任務(wù)是成功的，而此事故也經(jīng)過(guò)徹底的調(diào)查。于此次些微失敗后，宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭已有九次發(fā)射成功紀(jì)錄。 3
2007年活門(mén)異常宇宙神五號(hào)運(yùn)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(cè)衛(wèi)星進(jìn)入比原本預(yù)定高度低的軌道。這次發(fā)射失敗是因?yàn)橐粋€(gè)漏氣的活門(mén)。更換新型活門(mén)延遲了下一次的宇宙神五號(hào)運(yùn)載火箭的發(fā)射日期。