运载火箭空中发射技术系列之一

运载火箭空中发射技术系列之一

首页模拟经营火箭飞行发射更新时间:2024-05-05

技术重要性及商业前景:

军事:21世纪的战争将在陆、海、空、天、电多维空间展开,空间力量是其他军兵种的力量倍增器,战时太空装备特别是昂贵的大型卫星、地面有限的发射场很容易被摧毁,而此时如何快速进入空间并利用空间对战争的胜负至关重要。而空中发射技术则提供了一种快速响应的关键能力。

商业:在商业化航天浪潮中,低成本运载平台竞争环境日趋激烈,而空射火箭可降低对发射场的需求,并节约部分火箭燃料而成为低成本发射的热点之一。

空射技术发展历程:

空基发射火箭,并不是一个崭新的概念。美国从上世纪50年代就看到了空中发射火箭的独特优势,不间断研发了多个型号。目前为止,世界上只有美国真正掌握了实用化的空射弹道导弹/运载火箭技术,其中"飞马座"固体小型运载火箭的吊挂式水平投放发射技术已进行了40余次的商业发射,"短程/中程/远程空射弹道靶弹"的内置式重装空投发射技术也已经将进行了多次飞行试验。

美、苏/俄战略空射技术的发展大都经过了三个阶段:

  1. 冷战时期的空射弹道导弹和机载反卫星导弹技术;
  2. 后冷战时期的商用空射运载火箭技术;
  3. 未来初步预计使用高超音速飞行器作为载机,兼具全球打击和可重复使用空间运输系统等功能。

表1 空基发射技术的发展历史

续表1 空基发射技术的发展历史

欧美空射技术发展现状:在本系列空射介绍中,依次介绍欧美八到九家航天公司的项目及产品。首先从维珍银河公司开始,

维珍银河公司的"发现者一号"相关技术信息

为了解决小型卫星单独发射经济成本高昂、搭便车时间成本高昂的难题,维珍银河公司研发发射者一号空射火箭,发射者一号是2节火箭发射载具,采用液态氧、煤油坐火箭推进剂(LOX/RP-1),就像太空船二号,发射者一号先有白骑士二号(White Knight2)搭载。当飞行到13.5至15公里高度时空射火箭脱离。发射者一号的载重依据预定飞行高度有所不同,近地轨道最大载重为225kg;当其攀升到太阳同步轨道(Sun-Synchronous Orbit)载重为100kg,微卫星净重介于10kg到100kg,而更小的立方体纳卫星的重量则一般不超过1.33kg,由此推算,发射者一号的运载能力已经足以满足需求。

发射者一号外形图

由于采用空中发射技术,"发射者一号"(LauncherOne)系统能够频繁发射卫星,由于LauncherOne火箭从飞机上发射,免除了发射基础设施成本,并且可以从多个地点执行发射,赋予用户最大程度的灵活性,该火箭还具备以下特点:1)两级设计;2)低成本液氧、煤油发动机;3)复合材料燃料箱;4)全程自动飞行;下图为发射者火箭与运载平台。

发射者火箭与运载平台

2015年9月底,维珍银河公司在一份声明中表示,该公司已经在位于加利福尼亚的莫哈维沙漠的试验基地,对"发射者一号"空射火箭第一级发动机进行了时长20s的点火测试,并测试了该火箭第二级发动机的关键部件,按照设计,一级发动机提供了73500磅的推力。维珍银河公司声称通过本次测试获得了该发动机的启动、运行和安全关闭过程的高质量数据。

后续,维珍银河公司还对"牛顿四"发动机的气体发生器进行了测试。

牛顿三发动机是一级发动机,牛顿四发动机比牛顿三发动机更小,将为"发射者一号"火箭上面级提供动力。其气体发生器在各次"全持续时间"发动机测试中都进行了超过6分钟的试验。

在发动机测试后,维珍银河公司宣布升级后的"发射者一号"运载火箭能够将400kg的有效载荷送入低地球轨道,将200kg的有效载荷送入遥感卫星运行的太阳同步轨道。这一性能的提升,部分原因在于"牛顿三"及"牛顿四"发动机的推力比该火箭原本计划使用的"牛顿一"、"牛顿二"发动机有所提升。

发动机试验照片

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