登陆注册
17311400000008

第8章 争奇斗艳的运载火箭(4)

1988年11月15日,“能源号”火箭将不载人的“暴风雪号”航天飞机送入亚轨道,在160千米高度上启动航天飞机上的发动机,将“暴风雪号”助推到入轨速度,然后机上发动机再次启动,把“暴风雪号”送上250千米的圆形轨道,成为前苏联运载火箭发展史上的一座新的里程碑。“能源号”运载火箭目前仍是世界上起飞质量和推力最大的火箭。

“天顶号”:完全无人化的发射工序

“天顶号(Зенит)”火箭是前苏联政府在1976年正式批准研制的一种中型运载火箭。“天顶号”的设计工作与前苏联当时最具野心的航天计划——“能源-暴风雪号”航天飞机计划捆绑在一起。之所以出现这种情况,是因为工程师打算直接用“天顶号”火箭的第一级作为“能源号”火箭的助推器,并为其配套发展一种大推力液体火箭发动机。

“天顶号”运载火箭“天顶号”系列运载火箭分为两级的“天顶-2”、三级的“天顶-3”和用于海上发射的“天顶-3SL”。“天顶-2”的低地轨道运载能力约为14吨,太阳同步轨道运载能力约为11吨。“天顶-2”是两级运载火箭,其一子级还被用作“能源号”火箭助推级的助推器。“天顶-2”最大长度为57米,最大直径是3.9米。“天顶-3”是三级运载火箭,它在二型的基础上增加了一个远地点级,用于将有效载荷送入地球同步轨道、其他高轨道或星际飞行轨道。“天顶-3”最大长度为61.4米,最大直径3.9米。可在海上发射的“天顶-3SL”是美国、乌克兰、俄罗斯、挪威联合研制的运载火箭,其地球同步轨道运载能力为2吨,1999年3月首次发射成功。

“天顶号”火箭有许多优点。它使用无毒无污染的液氧/煤油推进剂组合,而其他一些前苏联运载火箭(如“质子号”)则使用有剧毒的肼类推进剂。“天顶号”的发射工序实现了完全无人化:火箭可以被机械装置自动吊装在发射台上并连上必需的地面控制管线,其后在发射准备、点火或因发射任务取消而需从发射台上撤下火箭时都不需要进行手动操作,从而大大减少了因发射事故导致人员伤亡的可能性。此外,“天顶号”的发射台不包含在发射时会被烧毁的设备,因此在一次发射完成的5小时之后,就可以再次进行发射。抗衡苏美的“阿丽亚娜”

“阿丽亚娜(Ariane)”运载火箭是由欧洲11个国家组成的欧洲航天局研制的不可重复使用的火箭系列。迄今为止,“阿丽亚娜”运载火箭系列已发展了从“阿丽亚娜-1”至“阿丽亚娜-5”共5个型号。

为了抗衡前苏联和美国在航天领域的强大发展势头,1972年法国建议西欧10国联合组成欧洲航天局(ESA),共同研制“阿丽亚娜”运载火箭。1973年7月,研制计划获得批准。法国空间研究中心(CNES)负责“阿丽亚娜”火箭的计划管理,航空航天公司负责总装。

“阿丽亚娜”运载火箭

“阿丽亚娜-1”是三级液体运载火箭,该火箭长50米(带有效载荷),直径3.8米,发射质量200吨,进入远地点36000千米高度过渡轨道的有效载荷为1700千克。“阿丽亚娜-2”在“阿丽亚娜-1”基础上将第一、第二推力通过增加发动机燃烧室压力而增加了9%,第三级通过加大推进剂数量而延长了燃烧时间。这样,进入地球同步轨道的运载能力达到2200千克。“阿丽亚娜-3”是在“阿丽亚娜-2”的基础上再装两枚固体推进器组成,使进入地球同步轨道的运载能力增加到2600千克。1984年8月“阿丽亚娜-3”首次发射,成功地将两颗通信卫星送入转移轨道。

1982年1月开始研制的“阿丽亚娜-4”除将“阿丽亚娜-3”的第二、三级稍加改进外,还重新研制了新的液体火箭发动机、4米直径的整流罩和多星发射装置等,并组合成6种不同的型号。其进入地球同步轨道的运载能力,基本型号(AR40)为1900千克,最大型号(AP44L)高达4200千克。

在希腊神话中,阿丽亚娜是克里特王米诺斯之女,这位美丽又聪明的公主曾用一团小线帮助雅典英雄泰西逃出迷宫。以“阿丽亚娜”命名的欧洲航天局的运载火箭“阿丽亚娜-4”也不负众望,它以可靠性高、入轨精度高、交货及时和价格适中等优点,占据了世界商业火箭发射市场一半的生意。

但欧洲航天局并未因此而满足。为了在激烈竞争的航天市场中进一步巩固优势,并且把这种领先优势一直保持下去,早在1985年1月,欧洲航天局ESA参加国就通过一项研制更大型运载火箭“阿丽亚娜-5”的计划,目标是既能将重10余吨的“赫尔墨斯”载人航天飞机送上地球低轨道;又能将总重8吨(有同时运载两颗或三颗卫星两种装配方式)的有效载荷送上同步转移轨道。

“阿丽亚娜-5”火箭由上、下两部分组成,上部分包括上面级、设备舱、整流罩等,下部分包括一个低温主级和两台大型固体助推器。火箭全长可达56米,起飞质量716吨,起飞推力11.4兆牛。

“阿丽亚娜-5”经过近三年的筹备后,在1988年正式立项,计划耗资35亿美元,于1995年升空。但在研制过程中发生了一连串的事故:1995年4月11日,在法国小城沃农的火箭发动机试车台上,主发动机(HM60液氧/液氢发动机)的涡轮泵发生爆炸;同年5月5日,南美法属圭亚那库鲁航天中心,在“阿丽亚娜-5”发射台上的两名军官在操作中因有毒气体泄露而中毒死亡。随后,同年5月30日、7月3日和9月1日又接连出现各类大小事故,这迫使阿丽亚娜空间公司不得不推延了首次发射时间,并将总研制费用提高到60亿美元以上。

“阿丽亚娜”系列火箭的成功,是欧洲联合自强的一个象征,它在国际航天市场的角逐中占有重要地位,世界商业卫星的发射业务大约有50%是由“阿丽亚娜”火箭承担的。可与欧美火箭并驾齐驱的日本为了争当航天大国,已成功研制M系列(又称“谬”系列)和H系列两大类运载火箭。其中,M系列是由日本宇宙科学研究所研制的,主要用于发射科学研究卫星和空间探测器,尚在使用的有M3S2型和MS型。H系列运载火箭由H-1、H-2、H-2A等火箭组成,目前正在使用的H系列火箭只有H-2A,于2001年8月首次发射成功。

H系列运载火箭H系列是日本宇宙开发事业团负责研制的,主要用于发射应用卫星。其中,1983年开始研制的H-2,为日本大型主力运载火箭。它是捆绑了两个大型固体助推器的两级火箭。第一、二级均采用液氢/液氧发动机。第一级的LE-7发动机是新研制的,推力86吨;第二级的LE-SA发动机是H-l火箭第一级发动机的改进型,推力12吨。火箭总长50米,直径4米,起飞质量260吨。

H-2火箭的主要优点有二:一是结构良好,火箭长度短,重量轻,其重量仅为运载能力相同的前苏联“质子号”火箭的38%,是欧航局的“阿丽亚娜-4”的一半,而且可靠性高达96%。二是技术先进,如第一级主发动机(LE-7)采用的二级燃烧循环方式是一项燃烧效率很高的高难度技术,目前只有美国航天飞机的主发动机和前苏联的“能源号”火箭第一级发动机采用了这项技术;第二级火箭具有重新启动功能,使H-2火箭具有足够的灵活性来满足把有效载荷送入不同轨道的要求。但它也有不足之处:目前它的发射成本较高,每一枚需要1.55亿美元,而与其发射能力相近的“阿丽亚娜-4”只需0.82亿美元;另一不利因素是发射时间受限制,每年只有1~2月间和8~9月间共90天的时间可供发射。

为了争夺运载火箭发射市场,日本成立了包括三菱重工、日产汽车和日本电气等著名公司在内的75家公司联合组成的火箭系统股份有限公司。一方面,着重对如何降低成本、进一步保持火箭的高可靠性进行研究;另一方面,正在努力争取放宽发射期,并考虑与“阿丽亚娜”火箭的兼容,借此在日本和世界赢得市场。

1994年2月4日,H-2火箭从鹿儿岛县的种子岛宇宙中心首次发射成功,标志着日本的火箭技术已可与欧洲的“阿丽亚娜”火箭和美国的航天飞机技术并驾齐驱,为日本跻身世界卫星发射市场奠定基础。另外,日本为了适应国际市场小卫星的发射需要,开始争取在短时间内开发出一种低成本的火箭。曾是竞争对手的宇宙开发事业团和宇宙科学研究所在1992年联手,共同开发了一种三级固体火箭。第一级采用H-2的固体助推器,二、三级和整流罩则均为M-3S火箭的原件。只有第一、二两级的级间过渡段和第一级的两台游动小发动机等为数不多的部件是新开发的。这样,通过两家公司的火箭技术对接,取长补短,日本的火箭家族在20世纪取得了不小的进步。

印度自行研制的极轨道4级运载火箭,太阳同步轨道运载能力为1吨,低地轨道运载能力为3吨。1993年9月首次发射,但由于火箭出现故障,卫星未能入轨。此后,该火箭连续三次发射成功。1999年5月,“极轨卫星”运载火箭的“一箭三星”技术又取得成功。

在运载火箭的研发过程中,印度一直强调自力更生。当前可供使用的一次性运载火箭有“极轨卫星”运载火箭和近地轨道运载火箭等。2005年,印度积极进行低温发动机的研制,以实现卫星运载火箭的完全本土化。印度还积极进行超音速系统试飞的准备工作。

2005年5月,印度安得拉邦斯里赫里戈达岛发射中心用一枚C6型“极轨卫星”运载火箭成功发射两颗卫星,分别为遥感卫星“Cartosat-1”和通讯卫星“Hamsat”。

“极轨卫星”运载火箭高达44米,略矮于日本的H-2B和中国的长征3B火箭。“极轨卫星”运载火箭是四节火箭,有固态及液态燃料系统交互使用,第一节为固态推进火箭,有138吨重的燃料,直径为2.8米,外壳使用马钉钢材料,其拥有六支辅助推进引擎,其中四支在地面就点燃,其他两支则在空中点燃,每支固态辅助推进火箭都有9吨重,其使用燃料被沥青完好地包覆在容器内;第二节的燃料被注入在两个铝合金槽内,燃料为四氧化二氮及联氨,重量为41.5吨,也用沥青防止滚动;第三节有7吨的燃料,使用固态推进剂,使用凯拉夫合成纤维(一种高分子合成纤维,分子结构中有大量苯环,呈刚性,质量轻,强度高,很多防弹衣就是采用这种材料。)制成的低角度喷嘴和陀螺仪(+2至-2度以内),控制偏差;“极轨卫星”运载火箭的第四节有两个引擎的设计,且使用液态推进剂(甲基联氨/氮氧化物可释放氧的液体),“极轨卫星”运载火箭被反应控制系统控制。酬载的外壳是由纳米碳纤维管所制成,并能将卫星送达地球同步轨道。

知识点“一箭多星”

“一箭多星”就是用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的发射技术。“一箭多星”是一种优越的发射方式,它能充分地利用运载火箭的运载能力,降低卫星发射成本,使相关联的多颗卫星保持密切配合。目前国际上一箭多星的发射常用两种方式:第一种是把几颗卫星一次送入一个相同的轨道或几乎相同的轨道上;第二种是分次分批释放卫星,使每一颗卫星分别进入不同的轨道。就是说,运载火箭到达某一预定轨道速度时,先释放第一颗卫星,然后火箭继续飞行,达到另一个预定的轨道速度时,又释放第二颗卫星,依此类推,逐个把卫星送入各自的预定运行轨道。

同类推荐
  • 整合科技资源跨区域科技赈灾
  • 绍兴黄酒与养生保健

    绍兴黄酒与养生保健

    绍兴黄酒对人体的作用,对疾病的预防和治疗作用,不论是古籍记载,还是现代医学研究,都有着正反两方面的结论。饮酒的利弊,应根据不同人群、不同场合、不同剂量等具体情况加以分析。倡导科学、适度饮用绍兴黄酒是编写本书的出发点。本书以问答的编写形式,对绍兴黄酒的历史、分类、价值和饮用注意事项进行了简单的阐述;对黄酒的科学饮用,黄酒对人体健康的利弊,醉酒的危害以及如何防醉解酒等方面进行叙述;对药酒的作用和方剂进行了分类说明。本书是国内第一本有关绍兴黄酒与健康保健方面的医学科普专著。
  • 古代水利工程

    古代水利工程

    “中国文化知识读本”丛书是由吉林文史出版社和吉林出版集团有限责任公司组织国内知名专家学者编写的一套旨在传播中华五千年优秀传统文化,提高全民文化修养的大型知识读本。
  • 柴油发电机组

    柴油发电机组

    本书共分8章:第1章,柴油机发电机组概况;第2章,柴油发电机组的选择;第3章,发电机组的基本结构及工作原理;第4章,自动化柴油发电机组的监测控制与通信;第5章,自动化柴油发电机组;第6章,低噪声柴油发电机组;第7章,柴油发电机组的选购、安装及验收;第8章,柴油发电机组的维修及技术管理。
  • 中国微型汽车市场研究

    中国微型汽车市场研究

    本书从实证和计量角度对中国微型汽车市场进行的研究。鉴于在一本书中不可能对市场的各方面进行全面研究,而只就某一个主题对微型汽车市场进行研究又显得单薄,因此作者选取了与微型汽车市场相关的几个主题进行研究,这些主题是:中国微型汽车所面临的行业环境、中国微型汽车的需求与预测、农村城镇化进程对微型汽车市场需求的影响、中国微型汽车消费者的特征和行为以及中国微型汽车市场的分销渠道策略。
热门推荐
  • 欲踏苍天

    欲踏苍天

    不为逆天,只为踏天!男主因梦而走上的茫茫修行之路。天都踏在脚下了,还有谁能阻挡!
  • 二年华

    二年华

    青春难改,韶华不在。一个死刑犯在监狱里写下了最后一段悲歌,这是一本青春的回忆录,这是一本永恒的回忆,回忆尽在《二年华》
  • 寺塔记

    寺塔记

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 冷爷热妃之嫡女当家
  • 《枭傲江湖》

    《枭傲江湖》

    枭傲江湖我叫张枭,名如其人,在别人眼里,我可能是个不折不扣的坏蛋。在我眼里,那些所谓的英雄只是我的衬托,没错,我自恋的认为自己是一代枭雄。当过兵、嫖过娼、杠过枪、读过书、坐过牢。别人做过的,我都做过了,可我做过的,却没有人做过。我有几个老婆,同我风雨同舟,相扶到老。我有几个兄弟,跟我出生入死,不离不弃。我喜欢征服一切,我喜欢惊险刺激。我今生注定要枭傲江湖,纵横花都。
  • 仙器

    仙器

    仙器一出,谁与争锋!他有逆天法宝,修复一切仙器!顺则凡,逆则仙!以“不入轮回,只为长生”为信念的少年踏上了修真道路,劈荆斩棘,斗杀顽敌,靠着机智,坚韧,气运逐步而行。敢问一句:能求得长生否?能求得大道否?
  • 九天逆凰决:凤女王妃

    九天逆凰决:凤女王妃

    21世纪王牌特工在一次意外事故中穿越成了一个刚出生的婴儿,长大后,又组建了江湖上闻风丧胆的杀手宫染刹宫。祭安漓,又名北辰漓,夜国战王,13岁时一战成名,性子却是冷漠如血,却不想遇到了令自己春心大动的美丽少女,沉沦了。“王爷您还是离我远一点好。”“不要。”某王爷一扭头,“那我离您远一点行了吧。”小样,跟姐玩。“王妃,你是逼本王对你动粗吗?”某王爷邪肆地扫视着某姑娘全身,“嗯?”
  • 天堂之门

    天堂之门

    灵魂出窍,人真的会升入天堂吗?唐龙的魂灵在身不由己的旅途中,意外地来到了一个黑暗的世界,他压根也没有想到,在异界,一个惊天大阴谋竟带着恐怖、可怕与绝望,居然与他不期而遇。奈何桥的疑云,阴江之劫,致命的袭扰,地狱惊魂,暴力恐怖分子和反叛团伙的居心叵测与胆大妄为,一次又一次险象环生引发的生死较量……接踵而来的这一切森然可怖都源于天堂之门。谜一般的惊天大案,从此带给他的是挥之不去的噩梦,当然还有奇妙和刺激……这是一部充满凶险又曲折离奇的骇人故事,即是一次匪夷所思、恐怖诡异的异界之旅,也是一场扑朔迷离的生死较量,情节惊悚恐怖、妖魔鬼怪轮番登场,与邪恶斗智斗勇的过程,更是惊心动魄、魂飞魄散、不寒而栗。
  • 青铜甲

    青铜甲

    自周朝建立,武王分封天下。助商灭纣的有功之臣封土建国,共计八十一位。各诸侯国相互吞并导致烽火连天,至春秋战国时期出现了春秋五霸与战国七雄的传说。这部书发生的年代是在战国后期,也就是秦国正式开始统一天下之时。长达数百年的战争,致使生灵涂炭民不聊生。为结束这个黑暗时代,不再有无休止的杀戮。吕子领昭王命游走于各地,招贤纳士以充实秦国实力。为寻求和平之光,他带领我华夏好男儿用生命和热血谱写出华丽的乐章。可是当面临忠诚与信仰,和平还是战争的抉择之际,他又该何去何从?
  • 一生的护照

    一生的护照

    21世纪的生存概念就是不断地充电和永远的学习,所有的人都必须面对急剧变化的社会现实,为再造适应社会的能力而规划一生的学习生涯。学习是快乐的,如何在快乐学习法则的基础上成功建构理想的学习平台?本书列举了大量终身学习的典范,足以给你一个成功的启示。