登陆注册
6971800000031

第31章 战神一号运载火箭

战神一号运载火箭为美国国家航空航天局在星座计划中所研制的载人太空载具。美国航天暨太空总署将使用战神一号运载火箭发射猎户座太空船,将于2010年航天飞机退役后接替其载人任务。

战神一号运载火箭之前被认为是载人太空载具,而战神五号运载火箭在星座计划中则是提供战神一号运载火箭补给的载货太空载具。战神一号及五号运载火箭以希腊神话中的战神命名,等同于罗马神话的马斯神。2009年10月,战神一号的亚轨道测试版,战神I-X火箭进行测试飞行,目前,火箭发射因为天气原因延后。

战神一号运载火箭于星座计划中之用途

战神一号运载火箭在星座计划中属运送机组员的载人太空载具。不同于航天飞机是人货混合同时发射的太空载具,于星座计划中战神一号及五号运载火箭将分别载人及载货分两次发射。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。

战神一号运载火箭主要设计为发射猎户座太空船的火箭,猎户座太空船为胶囊式的载人太空船,可将太空人运送到国际太空站、月球甚至是火星。

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(LOx)。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(每颗引擎$5.5-6千万美元),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297,900磅(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,下发也装设有类似农神一B运载火箭及农神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年代即建造农神五号运载火箭的S-IC节,当时属于波音公司的厂房。

战神一号运载火箭设计历史

战神一号运载火箭和战神五号运载火箭这两款运载火箭显现出美国国家航空航天局的工程概念。战神一号运载火箭将配有一支五段式的固态火箭(非航天飞机的四段式固态辅助火箭),第二节长度较第一节短。

增进运输系统计划书

洛克希德马丁公司于1995年和马歇尔太空飞行中心签约增进运输系统计划书,其执行纲要概述一些类似战神一号运载火箭的太空运载工具,液体燃料的第二节位于大型固态火箭之上,并考虑在边变更型的第二节使用J-2S及航天飞机主引擎引擎。

探测系统建造计划书

2004年1月,在布什总统宣布太空探索的愿景后,于2005年4月29日授予美国国家航太暨太空总署一份探测系统建造计划书表示:以最高标准建造能达到月球或火星的载人及载物之太空运载工具,并能达到载人的标准及能往返于国际太空站及地球间。为了研制能够维持人类机能及易于操纵的探测月球设备,必须确认相关关键技术及增进各项探测系统。

火箭动力系统的建造

美国国家航太暨太空总署计划以航天飞机现有的设备来建造战神一号运载火箭。起先要使用航天飞机的四段式固态辅助火箭(SRB)做为第一节,并以一颗航天飞机主引擎为第二节。载货的火箭则与原设计相同,将使用五段式的固态辅助火箭,而末端节使用一颗航天飞机主发动机。

虽然战神一号运载火箭在初步凭估后可以成功的作为运载火箭,但进一步模拟测试发现四段式的第一节固态运载火箭可能无法负担猎户座太空船的酬载重量;所以在2006年1月,美国国家航空航天局宣布将减少猎户座太空船的大小,并改用五段式之第一节固态运载火箭,第二节运载火箭引擎也从一颗航天飞机主引擎(SSME)改为阿波罗改良版的J-2X火箭引擎。

从四段式固态运载火箭转变为五段式固态运载火箭让美国国家航空航天局可以达到与计划书相同的要求(虽然固态运载火箭的段数也可用其它数量),但选用五段式固态运载火箭主要原因是要配合J-2X火箭引擎。

一颗要价大约2-2.5千万美元的J-2X火箭引擎,只需结构复杂航天飞机主引擎的一半价格(5.5千万美元)。J-2X火箭引擎不像航天飞机主引擎只能在地面(非真空)点火,J-2X火箭引擎可在地面或接近真空的状态下点燃。

这种特殊的空气动力学原理在农神五号的S-IVB节即被使用,当时的火箭引擎是J-2火箭引擎,这颗火箭引擎将阿波罗太空船送上月球。在另一方面,航天飞机主引擎只要经过广泛的改良及测试,也可以在真空中产生动力(如果战神一号运载火箭可以精确进入飞行轨道和猎户座太空船预备有足够的燃料时),如果航天飞机主引擎可以在接近真空的状态下点燃,即可在太空中重复点燃。美国国家航空航天局此项测试并未在地面抽真空实际执行,而是在1988年STS-26以前太空中的主引擎测试短暂点燃航天飞机主引擎。

美国国家航太暨太空总署宣布ATKThiokol公司将建造战神一号运载火箭的第一节固态运载火箭,目前则为航天飞机建造固态辅助火箭。ATK也标下战神一号运载火箭的末端节建造工程。

洛克达因公司旗下的派翠特&怀特尼公司(正式的说法是火箭威尔公司和波音北美公司旗下的公司),是主要制作J-2X火箭引擎的次承包商,合约内容包括测试J-2X火箭引擎等项目,测试地点在阿拉巴马州的罕茨维尔的南方。

2007年1月4日,美国国家航太暨太空总署宣布战神一号运载火箭完成系统标准测试,是继航天飞机后的第一个通过测试的载人太空载具,此测试为设计过程中重要的里程碑,并确保战神一号运载火箭完成星座计划中重要的一环。

美国国家航太暨太空总署也宣布燃料槽的新设计,并不以航天飞机外部燃料槽的内槽技术分开液态氢槽及液态氧槽,而是用类似农神五号的S-II及S-IVB节的隔板将两槽分开,借此可使第二节较短且轻,且免去设计第二节及猎户座太空船连结处所必须承受太空船的重量。

2007年12月12日,美国国家航太暨太空总署宣布由波音公司提供及装配战神一号运载火箭的控制系统。

战神一号运载火箭的发射时序

在2007年1月4日,美国国家航空航天局宣布战神一号运载火箭的系统和设备之设计全面再次检阅,这次的检阅是建造战神一号运载火箭第一个重要的里程碑。

在2007年整年,美国国家航空航天局打算改进战神一号运载火箭的部分设计,但少部分的设计之修改时间则延至2009年;2008年即开始进行品质测试和具体改良的工作,预估在2012年首次进行实际(有载人)发射的测试。在2009年底,所有的火箭设计将结束,并在2011年6月进行测试(无载人)。

发展瓶颈

在2008年1月,美国国家航空航天局发现战神一号运载火箭的第一节固态运载火箭在刚飞行的一分钟发生剧烈的振动,足以使整台运载火箭达到危险的状态。多次的加速度将此振动的频率更加频繁,造成振动的原因是第一节火箭内部的气流扰动。

美国国家航空航天局的官方早在2007年即了解到此问题,在2008年3月试着以减少运载火箭的压力来解决。

美国国家航空航天局承认此问题非常严重,五节中有四节可能有问题,但美国国家航空航天局也有信心此问题,因为过去有很多成功解决的例子。美国国家航空航天局也勾勒出这种全新的运输系统,因为早期的阿波罗号或航天飞机在改进的地方也遇上一些瓶颈,但总能化险为夷,迈向成功之路。

评价

战神一号运载火箭的构造曾被遭到某些主张的批评。

第一,制造酬载二十五吨级的火箭,可能被认为与现存的火箭公司竞争,如三角洲四号重型运载火箭,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。

美国国家航太暨太空总署的企划团队精选了一些战神一号运载火箭的反对意见,并评估较擎天神系列运载火箭或德尔塔系列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三角洲运载火箭取代。

第二,美国国家航太暨太空总署所选择的火箭结构需进行两项引擎改良计划-分别为需30亿美元研发经费的第一节五段式固态火箭及12亿美元研发经费的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。

同类推荐
  • 北京娃娃之一世界宝藏

    北京娃娃之一世界宝藏

    索尼埃神甫从《新约全书》的一段内容中,发现了有关法国女王隐藏的一笔1850万金币巨宝的秘密。但是,这个秘密却意外地失传了。这笔巨宝的真正下落就成了历史谜案。但可以确定的是,它就在法国南部科尔比埃山中的一座小城镇——雷恩堡。
  • 中国神话故事(经典故事丛书)

    中国神话故事(经典故事丛书)

    本套丛书包括十四册:《佛教·佛经故事》、《希腊神话》、《中国神话》、《一千零一夜》、《圣经故事》、《中国经典历史故事(上中下册)》、《伊索寓言》、《成语故事》《世界经典历史故事(上中下册)》、《安徒生童话》。
  • 科学技术趣味百科(趣味智力测验百科)

    科学技术趣味百科(趣味智力测验百科)

    本套丛书最大的特点是,标题提问简单明了,正文讲述精炼扼要,一问一答,相得益彰,详略得当,通俗易懂。正文还有趣味小版块,是对主要内容的适当补充、引申、扩展、点评、启发和引导等,用以开拓思维和引导知识,具有很强的启迪性。本套丛书涉及到少年儿童必须知道的许多知识领域,具有很强的系统性、实用性和现代性,是一套小小的百科全书,非常适合少年儿童阅读和收藏。
  • 三只狮子

    三只狮子

    《三只狮子》(A Tale of Three Lions)是哈葛德“艾伦·夸特曼”(Alan Quatermain)系列冒险小说中的一部。艾伦·夸特曼是当年发现“所罗门王宝藏”团队中的一员。在这部小说中,他再次深入非洲大陆,开始了一场惊心动魄的猎狮之旅,而且,这一次与他同行的,是他的儿子哈利……哈格德的非洲小说所具有的想象力,远远超过了当代畅销书的水平。
  • 发明创造与发现

    发明创造与发现

    在现代生活中,发明创造与发现无处不在。本书通过一个个精彩的讲解,呈现了古今中外发明发现的历程,将读者带进知识的殿堂。
热门推荐
  • 腹黑国舅的窈窕宠妻

    腹黑国舅的窈窕宠妻

    天泽随洐(xing),神秘天泽世家家主,更是当朝皇后之兄,传言他清冷若仙,俊美无双,却又冷酷无情,辣手狠心,绰号“黑谪仙”。尽管如此,多的是一见国舅误终生的男男女女老老少少。沈长乐,知足常乐,自带干物女属性外加宅女属性的穿越苦逼者!有多苦逼?明明是一富三代,却悲催成穷乡僻壤的穷三代。明明是如画的女儿家,却偏生假做了泥做的男儿身。明明打定主意做个田园宅,却偏偏被一坑爹系统砸中,在苦逼的道路上一路狂奔。彼时——他是权势滔天,高高在上,美若谪仙,却心黑如墨的黑谪仙!她是寒门小族,低若尘埃,貌若潘安,却心冷情冷的干物女!他随性所致,轻狂肆意,无拘无束,睥睨天下!她兢兢业业,小心翼翼,没心没肺,淡看天下!本该永无交集,然命运却擦出绚烂火花!“国舅爷不好了,外面万民请命,请您放了身为‘男子’的丞相大人!”下属在男子两个字着重发音。沈长乐啃着黄瓜,看到天泽随洐看过来,露出一个没心没肺的笑容:“看,不是我不嫁给你,而是天下人不让我嫁给你!我也很无奈啊!你说,你娶个男人做什么?”“你是女人!”“可天下人眼里,我是个男人!”“你怀孕了!”“那在天下人的眼里,我还是个男人!”“你系统掉了!”沈长乐猛地瞪大眼睛,见鬼般的看着天泽随洐!
  • 点上一炉沉香屑

    点上一炉沉香屑

    沈知府家有两位公子。大公子沈贤沉默寡言,性格孤傲。二公子沈烁虽是个混世魔王,但对白九思却喜欢得很。沈烁喜欢他,这一点白九思很清楚。沈贤不喜欢他,这一点白九思也很清楚。可是,如果不是那件事,白九思会以这样认为下去。白九思说:“我知道你一直以来对我都没什么好感…别争辩。我们也从来没什么交情。其实我很好相处,真的…除了贪吃点甜食外,如果我们能成为朋友,那再好不过了。”直到成套成套的画卷从书柜上散落,画里画的都是一个人——白九思。白九思诧异地看着沈贤:“但…你从不和我说话,你总和沈烁说话,你不喜欢我…
  • 往生阁之微渺

    往生阁之微渺

    相传有一个不起眼的楼阁,里面有以为活似仙人的姑娘。据说她的容貌都从未变老过,而楼阁接的生意也无人知晓。只是荒唐的听到过楼阁中接待的生意并非只限于人类,更有其他种族,却终生难忘。
  • 求活之愿

    求活之愿

    我有一个小小的愿望,一个很小的愿望。我要好好的活着,在我那小小的山谷里,有座小房子,有那个暴脾气的老头子,还有..还有那群每天叽叽喳喳的小鸟,我们一起活着,好好的活着。可是,为什么你们要说我是异类不该存在?我想好好的活着!为什么他们会说我是祸害只应抹除?我只想好好的活着!我即生,那么我就该努力的好好的活着!千般战斗,万般厮杀,我为的只是活着!为了这小小的愿望,我只想活着!
  • 豪门奇恋之缘

    豪门奇恋之缘

    她,华丽优雅,高贵冷艳,独立坚强的“女王”他,冷酷无情,铁血残忍,无心无欲的“帝王”一个女王,一个帝王。在黑白道中翻手覆雨的赫赫有名的大人物。视对方为对手。暗中争霸。他不知她是谁,却在一次偶然的回眸一眼见到了她时,被她吸引。渐渐地,他发现她有着不想回忆过去,被封闭的回忆,被隐藏的身份,被完全沉迷的一切。这一切是什么,神秘无比的她,到底是什么人?最后,他们能不能收获最完美的爱情?
  • 仙之囚

    仙之囚

    铁栅为囚,枷锁为笼,罪者为囚徒。皮骨为囚,血肉为笼,苍生为囚徒。苍天为囚,大地为笼,万物皆为囚徒。纵然,登天为仙、立地成佛,跳出三界外、不在五行中;然天道为囚,轮回为笼,仙佛何尝不是囚徒!……莫白微笑,道:“我不做囚徒。”
  • 宫斗之休了恶夫君

    宫斗之休了恶夫君

    她!为了那个负心人呕心沥血,只为有朝一日能完成他终身夙愿!他!初登龙椅,竟然不顾天下人耻笑,将自己的亲妹妹改名换姓封为皇后。凤座在前,竟然将自己扔进妓院,变成人尽可夫的女人,最后终是自己不堪受辱,咬舌自尽。一朝醒来,竟回到出嫁于他的那一年那一月,她对天起誓,前世所背信弃义之人,今生定当千倍万倍奉还。
  • 山村走出的抓鬼天师

    山村走出的抓鬼天师

    一个拥有特异天赋和异术的少年,用非常手段考上了知名学府,在城市驱魔逐邪,破解一桩又一桩的灵异谜案的故事!当然,我们的主角身边从来不乏美女陪伴的!
  • 世非事

    世非事

    从一场爆炸中存活下来,经历人世间的冷淡,最终走向独自的生活
  • 证道神路

    证道神路

    天在流泪,地在悲哭;古老的天地,次次天劫的摧残,无数纪元的落寞,白骨埋黄沙,赤血染天际;少年为兑现一个承诺,踏上了证道的路途,一个个古老的传说,一个个耀眼的前者,他们都在追逐一条道路。