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综述:宇宙神-5火箭

2002-08-16
当几天以后第一枚宇宙神-5火箭飞向苍穹的时候,这枚火箭代表了洛克西德马丁公司的不可重复使用运载火箭系列演化的最高峰。宇宙神-5火箭是在美国空军的研制下一代火箭的竞争中问世的,预期可以一直使用到2020年,与现有的助推器相比,作为更高性能不可重复使用运载火箭计划的一个部分,宇宙神-5火箭更可靠,进入太空的成本更低。与以前的宇宙神火箭和大力神-4火箭相比,宇宙神-5火箭更皮实、更可靠,流水线式的制造过程降低了人为错误的机会。宇宙神-5是在以前的宇宙神系列火箭的基础上建造而成的,同样使用了俄罗斯制造的RD-180主发动机、展开式半人马上面级以及已经在宇宙神-3火箭的飞行中得到验证的RL-10发动机。
宇宙神-5火箭代表着以宇宙神洲际弹道
导弹为起点的历经数十年的演化的最高峰
然而,致使宇宙神-5火箭与众不同的关键部件就是充当火箭一级的新型刚体通用核心助推器。该助推器取代了以前的宇宙神火箭所使用的“气囊”压力稳定级。宇宙神-5火箭长106.6英尺,直径12.5英尺。从字面上看,通用核心助推器是通用的,可以用在各种型号的宇宙神-5系列火箭上。展开式半人马上面级同样能够在宇宙神-5系列火箭上使用。 宇宙神-5火箭有三种截然不同的型号——400系列、500系列和重型火箭——每种型号负责将一定数量级的卫星载荷送入轨道。400系列使用4米直径的有效载荷罩;500系列使用5米直径的整流罩。重型火箭是宇宙神-5火箭的未来型号,将使用三台通用核心助推器,以形成一个强有力的三体火箭。为了使宇宙神-5火箭与有效载荷的尺寸匹配,最多可以将5枚固体火箭助推器捆绑在火箭上,以便在火箭起飞时提供额外推力,另外还有两种不同类型的鼻锥可以使用,以便把火箭上部的卫星密封起来。半人马上面级可以使用一台或两台发动机,发动机的数量依据卫星要进入的轨道的类型而定。如果卫星载荷在建造的过程中变得比预期重量要大,用户可以在将要使用的火箭上另外增加一枚固体火箭助推器,这比另外选择一枚更强有力的运载火箭要合算。第一枚宇宙神-5火箭将运载一颗由Alcatel公司建造的热鸟-6卫星,该卫星归欧洲卫星组织所有,是一颗直播电视广播卫星,起飞时的重量为8,591磅,宇宙神-5火箭中力量最小的401型火箭就可以将这颗卫星送入预定的、倾角为17.57度、170×24,757海里的地球同步转移轨道。
宇宙神-5 400系列火箭示意图
401系列宇宙神-5火箭装有4米直径的整流罩,不带固体火箭助推器,在半人马上面级上装有一台RL-10发动机。401火箭可以将10,913磅的载荷送入地球同步转移轨道。最多可以在一枚400系列火箭上加载三枚固体火箭助推器,每增加一枚固体火箭助推器都要相应地增加火箭的地球同步转移轨道运载能力。下面是400系列火箭向地球同步转移轨道运送载荷的能力。宇宙神-5 411:13,117磅宇宙神-5 421:15,057磅宇宙神-5 431:16,843磅洛克西德马丁公司将400系列火箭的固体助推火箭数量限制为三枚,其原因是飞行过程中火箭上的结构载荷。除此之外,需要更大推力的有效载荷将不可避免地需要500系列火箭的更宽大的5米整流罩。第二个宇宙神-5飞行任务定于今年12月进行,将再一次使用一枚401火箭发射加拿大的Nimiq-2广播卫星。2003年下半年将使用一枚403型火箭为国际海事卫星组织发射一颗通信卫星。宇宙神500系列宇宙神-5火箭的第三次发射将于明年三月进行,届时将使用一枚宇宙神521火箭发射一颗电视中继航天器“彩虹”。该火箭将配备5米直径整流罩和两枚固体火箭助推器和一台半人马发动机。500系列火箭最多可以使用5枚固体火箭助推器,再增加一点儿都会超出火箭的负载能力。下面是500系列火箭向地球同步转移轨道运送载荷的能力。宇宙神-5 501:8,752磅宇宙神-5 511:11,618磅宇宙神-5 521:13,856磅宇宙神-5 531:15,873磅宇宙神-5 541:17,593磅 宇宙神-5 551:19,114磅
宇宙神-5 500系列火箭示意图
对于那些要进入地球同步转移轨道以外的轨道的载荷,还需要使用一台半人马发动机。俄罗斯的RD-180发动机在宇宙神-5火箭起飞的前4分钟之内,为火箭提供能量的是俄罗斯的RD-180液体燃料发动机。这台液氧/煤油动力装置由俄罗斯动力机械制造科学生产联合体制造,是一台双推力室、双喷嘴发动机。该发动机是在俄罗斯Energia-Buran航天飞机、Energia-M火箭和乌克兰Zenit火箭所使用的RD-170发动机的基础上研制出来的。
双喷口RD-180发动机
RD-180液体燃料发动机的特点是自行点燃,发动机可产生约100万磅的推力,通过上下节流来减缓发射过程中火箭所经受的应力。美国普惠公司为用于宇宙神项目的RD-180发动机的研制工作提供资金。为了营销RD-180发动机,RD AMROSS公司成立,普惠公司和俄罗斯动力机械制造科学生产联合体都是RD AMROSS公司的合作伙伴。已有两台RD-180发动机随宇宙神-3火箭升空,目前还有11台RD-180发动机在美国国土之上。今年的火箭发射要用到6台RD-180发动机,这使得洛克西德马丁公司有足够的库存以备未来使用。半人马上面级数十年来,半人马上面级曾经以各种各样的构型升空。下周宇宙神-5火箭发射时,半人马上面级将使用一台普惠公司建造的L-10A-4-2型液氧/液氢发动机。该发动机大约能够产生22,300磅的推力。半人马上面级在发射过程中要进行两次点火,第一次是与火箭一级分离之后,半人马上面级将自身和与之连在一起的卫星送入地球周围的停泊轨道。第二次点火是将有效载荷送入预定的转移轨道。半人马上面级长38.5英尺,直径10英尺。该上面级中还载有火箭的制导“大脑”——惰性导航单元。宇宙神-5火箭的未来宇宙神-5火箭代表着以宇宙神洲际弹道导弹为起点的数十年的演化的顶峰,在洛克西德马丁公司的关于未来的蓝图上的下一步很可能是第二代可重复使用运载火箭,而不是只能使用一次的不可重复使用运载火箭。前航天飞机宇航员迈克·寇特斯带领的洛克西德马丁公司的研究人员,正在研究可重复使用运载器,宇宙神-5火箭的研制者约翰·卡洛斯希望这枚可重复使用运载火箭能够使用一些宇宙神火箭的技术。

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