運載火箭空中發射技術系列之一

技術重要性及商業前景:

軍事:21世紀的戰爭將在陸、海、空、天、電多維空間展開,空間力量是其他軍兵種的力量倍增器,戰時太空裝備特別是昂貴的大型衛星、地面有限的發射場很容易被摧毀,而此時如何快速進入空間並利用空間對戰爭的勝負至關重要。而空中發射技術則提供了一種快速響應的關鍵能力。

商業:在商業化航天浪潮中,低成本運載平臺競爭環境日趨激烈,而空射火箭可降低對發射場的需求,並節約部分火箭燃料而成為低成本發射的熱點之一。

空射技術發展歷程:

空基發射火箭,並不是一個嶄新的概念。美國從上世紀50年代就看到了空中發射火箭的獨特優勢,不間斷研發了多個型號。目前為止,世界上只有美國真正掌握了實用化的空射彈道導彈/運載火箭技術,其中"飛馬座"固體小型運載火箭的吊掛式水平投放發射技術已進行了40餘次的商業發射,"短程/中程/遠程空射彈道靶彈"的內置式重裝空投發射技術也已經將進行了多次飛行試驗。

美、蘇/俄戰略空射技術的發展大都經過了三個階段:

  1. 冷戰時期的空射彈道導彈和機載反衛星導彈技術;
  2. 後冷戰時期的商用空射運載火箭技術;
  3. 未來初步預計使用高超音速飛行器作為載機,兼具全球打擊和可重複使用空間運輸系統等功能。
運載火箭空中發射技術系列之一

表1 空基發射技術的發展歷史

運載火箭空中發射技術系列之一

續表1 空基發射技術的發展歷史

歐美空射技術發展現狀:在本系列空射介紹中,依次介紹歐美八到九家航天公司的項目及產品。首先從維珍銀河公司開始,

維珍銀河公司的"發現者一號"相關技術信息

為了解決小型衛星單獨發射經濟成本高昂、搭便車時間成本高昂的難題,維珍銀河公司研發發射者一號空射火箭,發射者一號是2節火箭發射載具,採用液態氧、煤油坐火箭推進劑(LOX/RP-1),就像太空船二號,發射者一號先有白騎士二號(White Knight2)搭載。當飛行到13.5至15公里高度時空射火箭脫離。發射者一號的載重依據預定飛行高度有所不同,近地軌道最大載重為225kg;當其攀升到太陽同步軌道(Sun-Synchronous Orbit)載重為100kg,微衛星淨重介於10kg到100kg,而更小的立方體納衛星的重量則一般不超過1.33kg,由此推算,發射者一號的運載能力已經足以滿足需求。

運載火箭空中發射技術系列之一

發射者一號外形圖

由於採用空中發射技術,"發射者一號"(LauncherOne)系統能夠頻繁發射衛星,由於LauncherOne火箭從飛機上發射,免除了發射基礎設施成本,並且可以從多個地點執行發射,賦予用戶最大程度的靈活性,該火箭還具備以下特點:1)兩級設計;2)低成本液氧、煤油發動機;3)複合材料燃料箱;4)全程自動飛行;下圖為發射者火箭與運載平臺。

運載火箭空中發射技術系列之一

發射者火箭與運載平臺

2015年9月底,維珍銀河公司在一份聲明中表示,該公司已經在位於加利福尼亞的莫哈維沙漠的試驗基地,對"發射者一號"空射火箭第一級發動機進行了時長20s的點火測試,並測試了該火箭第二級發動機的關鍵部件,按照設計,一級發動機提供了73500磅的推力。維珍銀河公司聲稱通過本次測試獲得了該發動機的啟動、運行和安全關閉過程的高質量數據。

後續,維珍銀河公司還對"牛頓四"發動機的氣體發生器進行了測試。

牛頓三發動機是一級發動機,牛頓四發動機比牛頓三發動機更小,將為"發射者一號"火箭上面級提供動力。其氣體發生器在各次"全持續時間"發動機測試中都進行了超過6分鐘的試驗。

在發動機測試後,維珍銀河公司宣佈升級後的"發射者一號"運載火箭能夠將400kg的有效載荷送入低地球軌道,將200kg的有效載荷送入遙感衛星運行的太陽同步軌道。這一性能的提升,部分原因在於"牛頓三"及"牛頓四"發動機的推力比該火箭原本計劃使用的"牛頓一"、"牛頓二"發動機有所提升。

運載火箭空中發射技術系列之一

發動機試驗照片


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