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第6章 争奇斗艳的运载火箭(2)

“宇宙神-2”是“宇宙神”火箭系列中最后一个在助推级上采用“一级半”结构的成员,这种独特的结构是从其原型“宇宙神”式洲际导弹的设计中继承下来的。在一级半结构中,助推级总共有三台发动机,其中两台(助推器)在上升过程中被抛弃,但其燃料箱和伺服全称伺服驱动系统,是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控车床等。机构则不与箭体分离。

“宇宙神-2”系列中运载能力最大的型号是改进后的“宇宙神-2AS”,它是在芯级周围捆绑了4枚“卡斯托-4A”助推器的型号。

在1988年到2004年间,“宇宙神-2”的所有型号总共发射了63次,其中“宇宙神-2”基本型10次,“宇宙神-2A”23次,“宇宙神-2AS”20次。

“宇宙神-3”运载火箭

“宇宙神”系列运载火箭自“宇宙神-3”起,开始由国际卫星发射服务公司负责发射招商业务及火箭研发工作。它是美国洛马公司为提高商业发射市场竞争力和可靠性、降低发射成本,于20世纪90年代后期开始研制的新型运载火箭。

“宇宙神-3”火箭“宇宙神-3”由“宇宙神-2”运载火箭改进而成,由以RD-180液体发动机为核心的“宇宙神”主级、改装的“半人马座”上面级、惯性制导系统、整流罩等主要部分组成,采用无毒的液氧/煤油和液氢/液氧为推进剂,地球转移轨道(GTO)的运载能力为3700~4500千克。

“宇宙神-3”火箭装备有俄罗斯制造的RD-180型发动机,目前有两种型号,即“宇宙神-3A”和“宇宙神-3B”。两种型号的区别在于3A型使用RL10A-4-1单发动机“半人马座”上面级,而3B型的上面级使用加长贮箱,并可选用一个或两个RL10A-4-2发动机,有效载荷分别可达4037千克和4500千克。

洛马公司的“宇宙神-3”火箭计划将生产29枚3A和3B型火箭,其商业发射计划和服务由国际发射服务公司(ILS)承担。2000年5月24日,“宇宙神-3A”运载火箭进行首次发射,成功地将欧洲通信卫星公司的一颗通讯卫星送入预定轨道。“宇宙神-3”未来还计划进行50次连续成功发射。

“宇宙神-5”运载火箭

“宇宙神-5”运载火箭根据“改进型一次性运载火箭”计划(EELV),美国于1995年开始了“宇宙神-5”系列运载火箭的研制工作,其目的是寻求一种使用方便、费用较低的运载火箭。要求是能够将中型及重型卫星发射至地球同步轨道和低层转移地球同步轨道。

“宇宙神-5”由“宇宙神-3”运载火箭改装而成。除了具有较高的飞行技术性能之外,“宇宙神-5”运载火箭还具有良好的使用参数。例如,生产一枚“宇宙神-5”运载火箭的整个周期为15个月左右,发射准备周期总共为15~21昼夜(其中在发射场的时间近2昼夜)。而“大力神-4”运载火箭的相应参数分别为36个月,150~240昼夜(其中在发射场的时间近90昼夜);“宇宙神-2AS”运载火箭相应的参数分别为24个月,42~57昼夜(其中在发射场的时间近38昼夜)。

“宇宙神-5”型两级运载火箭是洛马公司“宇宙神”火箭家族的最新成员,高约59米,研制费用超过了10亿美元。该型火箭推力强大,低轨道运载能力达20吨,与上一代火箭相比提高了1倍。该型火箭的另一个特点是发射准备时间短,只需提前12小时送上发射台即可,而一般火箭则需要提前几周甚至数月。此外,这种火箭发射时不用庞大的发射塔,只需一座发射架,并可在大风的条件下发射。

2002年8月21日,“宇宙神-5”型火箭在卡纳维拉尔角基地首次发射成功,将欧洲的一枚通信卫星送入了预定轨道。

2005年2月3日,一枚“宇宙神-3”型火箭从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射升空,将美国军方的一颗秘密间谍卫星送入了太空轨道。据悉,这是“宇宙神-3”型火箭最后一次执行发射任务。此次发射不仅标志着“宇宙神-3”型火箭的退役,也宣告卡纳维拉尔角空军基地36号发射场正式完成了历史使命。

知识点间谍卫星

间谍卫星又称侦察卫星,是用于获取军事情报的军用卫星。侦察卫星利用所载的光电遥感器、雷达或无线电接收机等侦察设备,从轨道上对目标实施侦察、监视或跟踪,以获取地面、海洋或空中目标辐射、反射或发射的电磁波信息,用胶片、磁带等记录器存储于返回舱内,在地面回收或通过无线电传输方式发送到地面接收站,经过光学、电子设备和计算机加工处理,从中提取有价值的军事情报。

名不虚传的“大力神”

“大力神”导弹是美国液体洲际弹道导弹的一种,它的研制时间比“宇宙神”晚一年多。

共发展了两种型号:“大力神-5”射程11700千米,1962年4月装备部队,1965年全部退役;“大力神-2”射程13400千米,1963年开始装备部队,直到1987年才全部退役,退役后也被改装成运载火箭系列。

美国的“大力神(Titan)”系列运载火箭是以洲际弹道导弹“大力神-2”为基础发展起来的,主要包括“大力神-2”、“大力神-3”、“大力神-34”、“大力神-4”、“商业大力神-3”、“大力神-5”等子系列火箭。

“大力神-2”运载火箭

“大力神-2”是美国第二代战略导弹,主要用于攻击地面目标,如大型硬目标、核武器库等,空军最大的两级液体燃料单弹头洲际弹道导弹,双目标选择能力,配装陆基武器中最大的核弹头,对软目标(人口中心、工业)造成破坏最大。

1960年6月由马丁公司(主承包)研制,1963年12月首次部署。在堪萨斯州(381战略导弹联队)、亚利桑那州(390战略导弹联队)、阿肯色州(308战略导弹联队)共部署54枚。

从1982年10月起,“大力神-2”开始执行退役计划,以每月一枚导弹的速度撤出,1987年底全部退役。

“大力神-2”系列火箭有“大力神-2LV-4”、“大力神-2SLV”、“大力神-2S”等几种型号。“大力神-2LV-4”是为“双子星座”载人飞船计划而服务,火箭长33.22米,最大直径3.05米。

截至1994年底,该系列火箭共执行17次任务,成功率100%。“

“大力神34-D”运载火箭

“大力神-2LV-4”是在洲际导弹“大力神-2”的基础上发展起来的,1962年初开始改型。它是为“双子星座”载人飞船计划服务的,也是“大力神”系列最早投入使用的火箭。“大力神-2LV-4”火箭又称“双子星座运载火箭”。“双子星座-大力神-2”虽然属于航空航天局的民用计划,但是美国空军不仅直接参与火箭的研制与发射,而且还利用“双子星座”飞船的10余次飞行,进行了各种科学试验。

航空航天局选用“大力神-2”作“双子星座”飞船运载工具的原因有:第一,“大力神-2”是当时美国运载能力最大的火箭,只有它具有发射“双子星座”飞船的能力;第二,“大力神-2”采用可贮推进剂,便于操作、处理,并具有长时间停放和随时发射的特点,适合于载人飞行和完成空间会合对接任务。

载人飞行需要满足以下4项要求:

(1)适应人的生理特点;

(2)提高可靠性,保障飞行绝对安全;

(3)发生灾难性故障时宇航员能及时脱险;

(4)改善火箭性能,提高任务成功率。

为满足以上4项要求,对“大力神-2”采取了11项改进措施:

(1)增设故障探测系统;

(2)改用冗余制导和控制系统;

(3)改用冗余电源系统;

(4)一子级改用冗余液压系统;

(5)用“水星”计划的无线电制导系统代替原“大力神-2”的惯性制导系统;

双子星座(6)改进推进系统;

(7)改进发射场飞行中止系统;

(8)改进测量系统;

(9)二子级氧化剂箱前增设用于对接飞船的前裙段;

(10)改进二子级仪器架;

(11)取消反推火箭和游动发动机。

“大力神-2LV-4”从卡纳维拉尔角10号工位发射,1964年4月8日首次飞行,截至1966年11月共进行12次飞行,成功率100%,1966年底停止使用。

“大力神-3”运载火箭

“大力神-3”系列火箭由美国国防部主持研制,有A、B、C、D、E五种型号,可发射各种轨道卫星,有代表性的是“大力神-3C”火箭。该火箭由“大力神-3A”发展而来,主要用于发射军用同步轨道卫星。火箭最长50.6米,最大直径9.7米。

“大力神-3”是美国国防部主持研制的第一种航天运载器。1961年提出设想,1962年12月开始研制,1964年9月进行首次发射。到1983年6月,“大力神-3”系列火箭执行最后一次任务为止,共发射126次,失败9次,成功率92.86%。

“大力神-3”系列共有A、B、C、D、E五种型号。该系列火箭可作单星或多星发射。发射的有效载荷有近地轨道、极轨道、地球同步轨道、高椭圆轨道、日心轨道等各种卫星。

“大力神-3A”是“大力神-2”运载火箭的改型,由换用了LR-87-AJ一9和LR-91-AJ-9发动机的“大力神-2”一、二子级和新的上面级——过渡级组成。火箭于1964年9月1日首飞,飞行4次后由“大力神-3B”取代。飞行失败一次,成功率75%。

“大力神-4”运载火箭

“大力神-4”系列火箭是“大力神34D”的改型,系美国空军预备在航天飞机不能满足军需时使用的火箭。主要用于发射太阳同步轨道大型军用卫星及其他军用卫星。

“大力神-4”原名“大力神34D7”,是“大力神34D”的改型,由3.1米直径7节药柱或3.2米直径3节药柱固体助推器、加长的“大力神34D”一、二子级和5.08米直径整流罩组成。火箭也可与“半人马座G”或惯性上面级配合使用,发射各种高轨道卫星。经各种组合后共有“大力神-4NUS(Ⅰ型)”、“大力神-4NUS(Ⅱ型)”、“大力神-4/半人马座G(Ⅰ型)”、“大力神4/半人马座G(Ⅰ型)”和“大力神-4/惯性上面级”5种型号。

轨道二级火箭三级火箭助推器助推器及三子级CSD①H②CSD+半人马座H+半人马座CSD+惯性上面级(千克)28.6°倾角近地轨道1774021550地球同步轨道〖4〗454056702313太阳同步轨道〖4〗14515空间站转移轨道(28.5°倾角370千米)18770深空任务(20.5千米2/秒)〖5〗5200①CSD——联合技术公司7节药柱固体助推器;

②H——赫克里士公司3节药柱固体助推器。

“大力神-4”初期使用由联合技术公司化学系统部提供的钢壳7节药柱固体助推器,后期采用赫克里士公司的纤维缠绕石墨复合材料壳体高性能端羟基聚丁二烯三节药柱固体助推器,使火箭运载能力提高25%。

火箭采用麦克唐纳-道格拉斯公司的机械铣切等边三角形网格结构整流罩。分离时柔性爆炸引信和12个爆炸螺栓在0.2秒内,以4.6米/秒速度将整流罩分为3个部分。引信爆炸产生的气体和碎片收入波纹管内,防止污染卫星。火箭采用数字惯性制导系统和三轴姿态稳定系统。

“大力神-4”于1984年开始研制,是空军在航天飞机不能满足军用需求时使用的火箭。1986年美国航天飞机失事后,空军将“大力神-4”的订货从原来的10枚增为23枚,1989年又增补26枚,现已被定为美国空军20世纪90年代的主要大型军用火箭,1990~1995年期间的年发射率原定为8~10发。火箭主要用于发射太阳同步轨道大型军用卫星KH-12、地球同步轨道大型电子情报卫星ELINT、导弹早期预警卫星DSP、三期国防通信卫星和SDI试验件等,它也将用于NASA深空发射和空间站运输等任务。

大力神火箭于1989年6月14日进行首次发射,将导弹早期预警卫星DSD送入地球同步轨道,截至1994年底共发射11次,失败一次,成功率90.9%。“德尔它”:用事实证明实力

美国“德尔它”火箭美国“德尔它(Delta)”系列运载火箭于1960年5月13日首次发射,迄今为止已发展了19种型号,目前正在使用的是“德尔它-2”和“德尔它-3”两种型号。美国空军的全部GPS卫星都是由“德尔它-2”发射的。“德尔它-3”是在“德尔它-2”的基础上研制的大型运载火箭,可以把3.8吨的有效载荷送入地球同步转移轨道。“德尔它-3”于2000年8月发射成功。美国还正在研制具有多种配置的“德尔它-4”子系列,其中的重型“德尔它-4”的地球同步转移轨道运载能力在13吨以上。

“德尔它”火箭是在“雷神”中程弹道导弹基础上发展起来的运载火箭。它是世界上型号最多、改型最快的火箭系列。其发射次数居美国之首,已经研制了近40种火箭型号,承担了美国近18%的卫星发射任务。它发射了世界上第一颗地球同步轨道卫星。

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