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战神一号运载火箭

战神-1运载火箭

战神一号运载火箭,是战神系列运载火箭之一,主要用于发射载人航天器,如发射美国新一代载人飞船——猎户座号飞船。2009年10月28日,美国战神-1-X火箭在肯尼迪航天中心的39号B发射复合体升空发射。

火箭名称战神一号运载火箭研制国家美国
首次发射2009年10月28日火箭高度99.6米
火箭直径5.5米起飞质量816.466吨
LEO运载能力25吨

火箭概述

战神-1运载火箭在星座计划中属运送机组员的载人太空载具,主要用于向国际空间站、月球和火星发射猎户座飞船CEV。与运货的战神5号协同使用,分两次发射可预留较多特殊设计的空间,完成不同目的的任务,这一点和航天飞机的人货混运有一定差异。

战神-1采用两级结构。第一级采用5段式可重复使用固体火箭发动机(RSRB),由ATK公司研制;第二级为全新低温上面级,采用J-2X发动机(原土星-5运载火箭上面级发动机J-2的改进型),由波音公司研制。

与航天飞机的固体火箭助推器SRB相比,战神-1的RSRB发动机不仅更大,而且也从4段式结构改为5段式,标称推力从1400吨级别提高到1500吨级别,而2009年9月10日试车推力1633吨可能最终推力将达到1700吨级别。其他修改主要是将RSRB从助推器的角色向芯级转换,例如将连接航天飞机外部推进剂舱(ET)的支架去除,并将火箭的鼻锥改为承接第二级的液体推进剂舱。连接处设有固体推进剂分离装置,当第二级发动机点火前将第一级和第二级火箭分离。

J-2X火箭发动机在J-2基础上改进,但使用了全新设计的燃料供应系统。起初准备依照航天飞机外推进剂舱的内部结构进行修改,用“内槽”的方法将推进剂舱和氧化剂舱隔开。但最后采用了隔板设计,以节省空间携带更多燃料推进剂。较重的燃料可降低第二级点火时的瞬间加速度,仅0.6G过载。与航天飞机的外部推进剂舱类似,战神-1的第二级的低温系统也使用了泡沫式绝缘隔热材料。

火箭设计

第一节

战神一号运载火箭的第一节为可重复发射的固态辅助火箭,较航天飞机的固态辅助火箭(SRB)为大。航天飞机的辅助火箭为四段式,战神一号运载火箭则有五段,推力较大且推进时间也较久。其他修改如将移除联结航天飞机外部燃料槽(ET)的支架也将固态辅助火箭的鼻锥改为承接第二节的液体燃料槽,改良后的火箭将于联结处装备固态燃料分离引擎,于第二节引擎点火前将一二节分离。

第二节

战神一号运载火箭的第二节推进动力是J-2X火箭引擎,燃料是液态氢及液态氧。在2007年7月16日,美国国家航空航天局宣布由洛克达因为J-2X火箭引擎的地面测试和试验飞行的公司,也是唯一一家签署J-2X引擎的公司。原本美国国家航空航天局打算使用航天飞机主引擎当第二节,但由于价格高昂,如果重新设计引擎,也要经过地面及真空测试。再者,第二节是不可重复使用的,所以决定使用J-2X火箭引擎,最重要的是其价格低廉(每颗引擎$2千万美元),而且只要改良,不必重新研发。

虽然J-2X火箭引擎是从现有的引擎改良,燃料供应系统却是全然新的。原先计划由航天飞机外燃料槽的内部结构进行修改,以"内槽"的方式分开燃料槽及氧化剂槽。最后使用阿波罗时期的概念,并不用内槽结构来减轻重量,而是在两个槽间以隔壁隔开。现今的设计,使用简约的方式增加推进剂容量:以隔板隔开的燃料槽可装载约135吨。较重的燃料可降低第二节引擎点火时的瞬间加速度,仅0.6G。

第二节的顶端将装配载人的猎户座太空船,下发也装设有类似土星1B运载火箭及土星五号运载火箭的推进系统,能在火箭飞行时控制第一及第二节的翻滚。

战神一号运载火箭的第二节也和航天飞机的外部燃料槽使用相同的泡绵绝缘体,可隔绝低温推进剂受热,且肯尼迪航天中心的气候潮湿,同样的绝缘材料也用在哥伦比亚号航天飞机上,但被绝缘材料的破片击中,造成返航时烧毁,然而战神一号运载火箭不会有此危险。

在2007年8月28日,美国国家航空航天局宣布与波音公司签约设计战神一号运载火箭的上面级。上面节将由美国国家航空航天局的密乔零件装配厂负责制造,即现今帮美国国家航空航天局制造航天飞机液态氢/液态氧燃料槽的一个装配厂。此装配厂在1960年代即建造土星五号运载火箭的S-IC节,当时属于波音公司的厂房。

争议

战神一号运载火箭的构造曾被遭到某些主张的批评。

第一,制造运载能力达二十五吨级的火箭,可能被认为与现存的火箭公司竞争,如德尔塔四号重型运载火箭,改进现行火箭的安全性并减少花费的提议也受到讨论,能减少研发金费,并以先前的技术延伸,应能达成较高的成功率。美国国家航空航天局的企划团队精选了一些战神一号运载火箭的反对意见,并评估较擎天神或德尔塔运载火箭安全两倍的设计。于2007年中旬,报道指出来自国会的政治压力将取消航天飞机的发射并以擎天神及德尔塔运载火箭取代。

第二,美国国家航空航天局所选择的火箭结构需进行两项引擎改良计划-分别为需三十亿美元研发经费的第一节五段式固态火箭及十二亿美元研发经费的J-2X引擎。其它多余的花费用在长远的改良计划和增加发射任务的安全性及较无功用的硬件设施去除,因为部分零件在航天飞机上是有好处的,但是用到战神系列运载火箭却形成累赘。事实上,批评者认为除了除去航天飞机主引擎和四段式固态辅助火箭,新火箭的结构也应移除有关航天飞机的部分零件。

第三,当今科技可能无法使计划中的火箭箭身稳定飞行,细长的结构造成前端的空气阻力极大,尾端也会产生紊乱的震波。所以,战神一号运载火箭将会来回摆动让火箭箭身能以最稳定的状态飞行。航天飞机其固态辅助火箭之推力向量控制系统也可以持续地应负飞行中不稳定的状态,有效地减少火箭箭体不断转向(机械动作)的负担,另外,美国国家航空航天局开始处理风切现象的问题。

第四,各种造成战神一号运载火箭晚于表定时间的因素如预算压力及工程和科技的瓶颈,都有可能造成航天飞机除役到战神一号运载火箭首次发射间空窗期扩大。于2007年下半年,预定首度飞行将是航天飞机除役后五年的2015年。

第五,运载能力的质量降低是因为美国国家航空航天局缩小战神一号运载火箭的大小重量甚至是把猎户座太空船多余的安全逃脱火箭去除,猎户座太空船即位于战神一号运载火箭的顶端。为了不影响现在航天飞机的发射底座,战神一号运载火箭的底座就极为棘手,不得已只能先做出战神一号运载火箭的各部分零件(例如五段式固态运载火箭和J-2X火箭引擎),战神五号运载火箭也只能如此,将所有零件完成却无法组装的窘境,评论家也预测如果行程表持续的延后,造成最后需加紧赶工而使航天飞机退役有重大的停摆,正如同航天飞机和农神五号交接的时候的大量财力耗损,如果再次重演,将使战神五号运载火箭的建造完成日遥遥无期。

战神系列运载火箭的优势

作为新一代火箭,战神系列无疑在各方面性能都是突出的。无论是横向与其他国家最新发展或正在研发中的新型火箭相比,还是和美国过去开发的巨型运载火箭相比,都具有一定程度的优势。

与战神-1在尺寸和重量上处于接近水平,即最大LEO载荷20-30吨之间、起飞重量700-1000吨之间的新型火箭有:已研发成功的美国德尔塔-4重型运载火箭,欧洲的阿丽亚娜五号,和正在研发中的俄罗斯的安加拉-5,中国的长征五号等。

与其它重型运载火箭对比

火箭 战神-1 战神-5 德尔塔-4(重型) 阿丽亚娜五号 长征五号 土星-5
国别 美国 美国 美国 欧洲 中国 美国
首飞时间 2009年 2018年(计划) 2004年 2005年   2016年(预计) 1967年
最大起飞重量 816.5吨 3704.5吨   733.4吨 780吨 - 3038.5吨
最大LEO载荷 25吨 130吨 25.8吨 >21吨 25吨 118.8吨

发射测试

战神一号运载火箭飞行测试

2009年10月28日23时30分(北京时间),美国在肯尼迪航天中心39B发射台成功发射“战神I-X”测试火箭,以测试火箭在飞行过程中的安全性和稳定性。

升空约两分钟后,“战神I-X”飞行至距地面约39.6公里处,其第一级与第二级发生分离。随后,前者在降落伞的协助下落入大西洋,并被回收用于分析研究;后者和模拟载荷在内的火箭其余部分在不受控状态下坠入大西洋。

战神一号运载火箭
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最新更新:2015-08-06 16:34
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